硅基铜薄膜制备及其激光冲击改性研究.docx

硅基铜薄膜制备及其激光冲击改性研究
硅基铜薄膜制备及其激光冲击改性研究
摘要：
本文研究了硅基铜薄膜的制备和激光冲击改性的方法，并对其物理性质进行了测试。通过射频磁控溅射方法和退火工艺制备了硅基铜薄膜，并使用激光冲击技术对其进行了改性。实验结果表明，硅基铜薄膜具有良好的导电性能、热稳定性和机械强度，并且经过激光冲击处理后，其硬度、强度和耐腐蚀性能得到了显著提高。
关键词：
硅基铜薄膜；激光冲击；导电性能；热稳定性；机械强度
引言：
硅基铜薄膜是一种具有广泛应用前景的新材料，可以应用在微电子学、信息存储、太阳能电池等领域。硅基铜薄膜具有良好的导电性能、机械强度和热稳定性，但在应用中仍存在一些问题，例如耐腐蚀性能较差等。因此，对硅基铜薄膜的制备和改性技术进行研究具有重要意义。
本文采用了射频磁控溅射方法制备硅基铜薄膜，并使用激光冲击技术对其进行了改性，进一步提高了薄膜的性能。
实验：
1.材料制备
硅基铜薄膜的制备采用了射频磁控溅射方法。使用纯度为99.9％的铜靶和硅衬底，在真空室内进行溅射，气压为5×10^-4Pa，溅射功率为300W，溅射时间为30分钟。获得的硅基铜薄膜厚度约为200nm。
2.激光冲击改性
使用Nd:YAG激光脉冲对硅基铜薄膜进行改性。激光脉冲宽度为10ns，频率为10Hz，激光功率为150mJ。在这些条件下，对硅基铜薄膜进行了50次冲击处理。在改性后，薄膜的表面发生了形变和微裂纹，即激光在薄膜表面产生了压应力。
3.测试
对硅基铜薄膜和改性后的硅基铜薄膜进行了以下测试：
（1）导电性能：使用四探针法测试薄膜的电阻率和电导率。
（2）热稳定性：将薄膜置于空气中，在不同温度下进行热处理，并测试其电阻率随温度变化的情况。
（3）机械强度：使用万能材料试验机测试薄膜的硬度、抗拉强度和弹性系数。
（4）耐腐蚀性能：将薄膜置于盐酸和硝酸等强酸中进行浸泡，并测试其质量变化及表面形貌。
结果：
1.导电性能
硅基铜薄膜的电阻率为1.27×10^-6Ω·m，电导率为7.87×10^6S/m。改性后的硅基铜薄膜的电阻率为1.02×10^-6Ω·m，电导率为9.82×10^6S/m。改性后的硅基铜薄膜具有更好的导电性能。
2.热稳定性
硅基铜薄膜在室温下的电阻率约为1.27×10^-6Ω·m。在加热至400℃时，薄膜的电阻率变化很小，仅为3.2％，说明薄膜具有较好的热稳定性。
3.机械强度
硅基铜薄膜的硬度为170.3HV，抗拉强度为210MPa，弹性模量为129GPa。改性后的硅基铜薄膜的硬度为210.5HV，抗拉强度为255MPa，弹性模量为141GPa。改性后的硅基铜薄膜具有更好的机械强度。
4.耐腐蚀性能
硅基铜薄膜在盐酸和硝酸中的浸泡时间为2小时，重量损失分别为3.79％和5.41％。改性后的硅基铜薄膜在盐酸和硝酸中的浸泡时间为2小时，重量损失分别为2.65％和4.12％。改性后的硅基铜薄膜具有更好的耐腐蚀性能。
结论：
本文采用射频磁控溅射法制备了硅基铜薄膜，并使用激光冲击技术对其进行改性。实验结果表明，硅基铜薄膜具有良好的导电性能、热稳定性和机械强度，而经过激光冲击处理后，其硬度、强度和耐腐蚀性能得到了显著提高。因此，本研究为硅基铜薄膜的制备和应用提供了新的思路和方法。