Термическая стабильность многослойных структур на основе чередующихся наноразмерных слоев меди и вольфрама

В диссертационной работе исследовались многослойные структуры на основе чередующихся наноразмерных слоев меди и вольфрама. Цель работы – экспериментально изучить влияние толщин чередующихся наноразмерных слоев меди и вольфрама, а также характера их расположения в объеме многослойной структуры на термическую эволюцию остаточных механических напряжений в слоях и процесс термической деградации многослойной структуры системы Cu/W. Для формирования образцов многослойных структур применялся метод магнетронного распыления мишени. Исследование физических характеристик сформированных и отожжённых образцов производилось с помощью методов оже-электронной спектроскопии (PHI-4300 SAM), сканирующей электронной микроскопии (Hitachi S-4800), сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (JEOL JEM-2200fs), рентгеновской дифракции (Bruker D8 DISCOVER). Изготавливались образцы многослойных структур двух видов: с одним типом бислоев и с двумя типами бислоев (бислой представляет собой пару слоев меди и вольфрама). Слои в изготовленных многослойных структурах обладают сильной кристаллографической текстурой: Cu{111}<101>||W{110}<111>. Остаточные механические напряжения в слоях сжимающие, а их величины зависят от толщин слоев меди и вольфрама. Впервые экспериментально получено значение силы, создаваемой межфазной границей раздела Cu(111)/W(110). Обнаружено, что существует источник механических напряжений, который связан с воздействием подложки на многослойную структуру. Действие этих двух источников напряжений приводит к появлению сжимающих механических напряжений в слоях. Впервые обнаружено, что с ростом температуры отжига (при фиксированной его длительности) величина силы, создаваемой межфазными границами раздела Cu(111)/W(110), линейным образом уменьшается до нулевого значения. В течение отжига на поверхности многослойных структур появляются медные кристаллиты, что связано с процессом релаксации механических напряжений в слоях меди. Обнаружено, что в образцах с одним типом бислоев количество медных кристаллитов зависит от толщины слоев меди и вольфрама. Разработана методика экспериментального анализа распределения упругой деформации в слоях по глубине многослойной структуры, с помощью которой экспериментально получены профили распределения деформации в слоях вольфрама по глубине многослойных структур с двумя типами бислоев. Обнаружено, что количество медных кристаллитов в таких структурах зависит от способа уложения бислоев в объеме многослойной структуры. Контроль интенсивности оттока меди может найти свое применение в области создания твердофазных припоев на основе многослойных структур системы Cu/W. С помощью in situ анализа методом оже-электронной спектроскопии впервые экспериментально определена температурная зависимость коэффициента зернограничной диффузии меди в нанослоях вольфраме. Этот результат может быть использован для расчета кинетики диффузионных процессов в наноматериалах данной системы элементов. Во время отжига при температуре 700 °С начинается процесс деградации микроструктуры чередующихся слоев, который связан с твердофазным смачиванием границ зерен вольфрама. После отжига при температуре 800 °С наблюдается формирование пленки Cu/W нанокомпозита с пустотами в его объеме. Объемная микроструктура нанокомпозита зависит от толщин слоев меди и вольфрама в бислоях. Впервые обнаружено, что термическая деградация многослойных структур с комбинацией разных типов бислоев приводит к появлению нанокомпозита с составной объёмной микроструктурой. Таким образом, процесс термической деградации многослойных структур системы Cu/W можно рассматривать как новый метод изготовления нанокомпозитов данной системы элементов с желаемыми физическими свойствами.