纳米多层高熵难熔合金的扩散阻挡性能

作     者：李鹏飞 开明杰 陈家豪 马涵 韩茜婷 操振华 LI Peng-fei;KAI Ming-jie;CHEN Jia-hao;MA Han;HAN Xi-ting;CAO Zhen-hua

作者机构：南京工业大学材料科学与工程学院南京210009 

出 版 物：《中国有色金属学报》 (The Chinese Journal of Nonferrous Metals)

年 卷 期：2023年第33卷第6期

页      面：1878-1889页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0806[工学-冶金工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52071176,51671103) 江苏高校优势学科建设工程项目。 

主　　题：铜互连 扩散阻挡层 高熵合金 多层膜 

摘      要：本工作研究了纳米高熵合金单层和多层阻挡层的扩散阻挡性能及其失效行为。结果表明:非晶态NbMoTaW单层阻挡层的失效温度达到600℃,高于W和TiVCr阻挡层的500℃。W/NbMoTaW多层阻挡层为纳米晶结构,柱状晶界面为原子扩散提供了扩散通道,削弱了层界面的扩散阻挡作用,导致W/NbMoTaW多层阻挡层的失效温度与NbMoTaW阻挡层相比并没有提升,仍为600℃。然而,高熵合金NbMoTaW/TiVCr多层阻挡层的失效温度显著提高到800℃,表现出优异的扩散阻挡特性。无晶界扩散通道的非晶态结构、强晶格畸变和迟滞扩散效应的高熵合金层降低了原子扩散速率,且原子优先沿着非共格高熵界面发生扩散,原子的扩散距离增加了,这些是NbMoTaW/TiVCr多层阻挡层失效温度显著提高的主要原因。