导　　师： 李锋军;任凤章

学科专业： H0502

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 河南科技大学

摘　　要： 进入21世纪以来,由于薄膜材料、电沉积薄膜技术和表面物理技术相互结合和推进,不仅促进了薄膜科学与技术的迅速发展,而且也推动了薄膜产品的开发和应用。在导电基片上电沉积异质金属薄膜,常常会处于应变（受力）状态,薄膜中的残余应力对薄膜器件的稳定性,使用性能和可靠性有很大影响,残余应力产生机制及定量计算一直是人们研究的热点。本文优化了电沉积单层Cu、Ni和Cr薄膜的工艺;并在不同基体材料上电沉积一系列不同厚度的Cu、Ni和Cr薄膜;利用自行设计的在线测量系统测定了不同基体上Cu、Ni和Cr单层薄膜的弯曲挠度,计算了薄膜的平均和分布残余应力,并基于Thomas-Fermi-Dirac-Cheng （TFDC）理论分析其产生机制,以验证TFDC电子理论;采用双槽法制备一系列不同调制波长的Cu/Ni多层膜,对其进行了组织形貌观察和硬度测试。研究结果表明:室温下,当电流密度为0.8 1 A·dm^-2时,电沉积Cu薄膜光亮平整,比较合适;当电流密度为0.6 1.2 A·dm^-2时,电沉积Ni薄膜的表观状况都比较光亮、平整,仅仅存在电沉积速率的不同,基本上电沉积速率与电流密度成正相关的关系,当电流密度为1 A·dm^-2时,电沉积速率的平均值为2.509 nm·s-1适合本实验操作;温度为45°C、电流密度15 A·dm^-2下的Cr薄膜光亮平整、质地均匀,此时电沉积速率平均值为4.01 nm·s-1。Ni薄膜的残余应力在各种不同基体材料上均表现为拉应力,Cu薄膜在碳素钢、工业纯铁上为拉应力,但在纯Ni基体上为压应力、Cr薄膜在工业纯铁基体上为拉应力;当薄膜厚度较小时,膜的平均残余应力和分布残余应力都随膜厚的增加急剧变化,随着膜厚的进一步增加两种残余应力都趋于稳定,这说明残余应力中的界面应力的存在;不同基体材料电沉积不同材料的薄膜其残余应力也不同,即残余应力与基体材料和薄膜材料都有很大的关系;不同基体上Cu、Cr和Ni薄膜在较薄时残余应力的剧变可以判断出其残余应力主要来自于其界面应力,这些都与TFDC电子理论的判断结果相一致。使用双槽法电沉积制备的Cu/Ni多层膜并分析其组织和硬度,其结果对多层膜的制备尤其制备更薄的纳米级多层膜及相关的力学性能的研究和理论计算具有重大的实际意义。

关 键 词： 电子理论 薄膜 残余应力 电沉积 多层膜

分 类 号： [TB383.2]

领　　域： [一般工业技术]