《表2 不同氮气流量下AlCrTaTiZrNx高熵合金表面粗糙度》

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《不同氮气流量AlCrTaTiZr高熵合金氮化物薄膜扩散阻挡性能研究》

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图3是不同氮气流量下，AlCrTaTiZrNx薄膜的三维形貌图，表2为不同氮气流量下，AlCrTaTiZrNx薄膜的表面粗糙度。由图3与表2可知，在未通入氮气的情况下，高熵合金薄膜的表面粗糙度最低，为0.381 nm。随着氮气的充入，氮原子在薄膜溅射的过程中参与反应，产生高熵合金氮化物薄膜，结合图2可知，高熵合金氮化物薄膜中有小晶粒形成，薄膜粗糙度高于未通入氮气时高熵合金薄膜的表面粗糙度。当氮气流量进一步增加达到20%，薄膜表面粗糙度为1.16 nm，低于氮气流量为10%时的高熵合金氮化物薄膜的表面粗糙度。这是由于，参与反应的氮原子含量增加，起到了细化晶粒的作用，同时填充了薄膜中的缺陷，降低了缺陷密度[27]。当氮气流量为30%时，薄膜表面出现山丘状形貌，此时参与反应的N原子以过饱和的形式存在于薄膜中，且未参与反应的多余N2会占据在靶材表面附近的区域，使靶材表面氮化，导致靶材“中毒”，降低了沉积薄膜的质量。根据相关研究可知，扩散阻挡层薄膜的表面平整度和薄膜的均匀性对溅射Cu薄膜的影响较大。如果扩散阻挡层平整度低、均匀性差，可能会使后面溅射的Cu薄膜表面出现凹陷和空洞，这样Cu原子容易扩散至阻挡层中不均匀区域，进而穿透扩散阻挡层进入到Si基体中，从而导致电子元器件失效，使得电子元器件的使用寿命大大降低[28]。