Science: 納米晶銅膜從不平滑

【背景介紹】

?金屬納米晶體（NC）廣泛用于大規模集成電路中的電觸點和互連。這些材料的重要性能，如它們的導電性和導熱性，以及電遷移行為等都非常容易受到表面密度、晶界（GBs）及其位錯的影響。此外，膜的表面粗糙度可以影響NC膜上材料的生長（例如電介質），并且通過調整勢壘寬度進而影響隧穿器件的性能。許多NC膜中的晶粒都具有擇優取向，如面心立方（fcc）金屬（例如金和銅）通常以（111）面擇優取向生長，如此一來，多晶及其晶界就有可能通過合并以形成具有光滑表面的膜。然而，Cu的晶界由堆垛層錯（SFs）組成，而層錯能是具有方向性的，可導致晶粒旋轉和表面粗糙化。

【成果簡介】

近日，來自愛爾蘭都柏林大學的John J. Bolan教授（通訊作者）等人使用掃描隧道顯微鏡研究了銅納米晶膜（111）面的低角度晶界（LAGBs）。晶界的存在致使膜上產生了由刃位錯組成的“谷”和不全位錯重組形成的“脊”。幾何分析和模擬表明，面外晶粒旋轉使晶界能量降低產生驅動力，正是這種驅動力促使“谷”和“脊”的形成。這些結果表明，一般來說不可能形成由銅以及其他層錯能較小或位錯線彈性場各向異性較高的金屬組成的平滑二維納米晶體薄膜。但是，如果能夠通過有效調控晶界摻雜從而改變層錯能，或者膜與基體的相互作用，還是有希望能夠達到控制晶體旋轉和優化納米晶體薄膜性能的目的。相關成果以“Nanocrystalline copper films are never flat”為題發表在2017年7月28日出版的Science上。

【圖文導讀】

圖1 在銅膜(111)面上“脊”和“谷”處的晶界

圖2 突出膜表面的低角度晶界（ LAGBs）的原子結構

圖3 面內角θ與面外角φ旋轉之間的關系以及GB能量的計算

圖4 LAGBs的分子靜力學模擬，θ= 3.89°

文獻鏈接：Nanocrystalline copper films are never flat（Science,2017,DOI:10.1126/science.aan4797 ）

本文由材料人編輯部Allen供稿，材料牛整理編輯。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部大家庭。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：xiaofire-18，吳玫，我們會拉各位老師加入專家群。

儀器設備、試劑耗材、材料測試、數據分析，找材料人、上測試谷！