20nm以下金屬、金屬合金的結構、力學行為及性能調製

《20nm以下金屬、金屬合金的結構、力學行為及性能調製》是依託東南大學,由賀龍兵擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

  • 中文名:20nm以下金屬、金屬合金的結構、力學行為及性能調製
  • 項目類別:面上項目
  • 項目負責人:賀龍兵
  • 依託單位:東南大學
中文摘要,結題摘要,

中文摘要

隨著MEMS的發展和NEMS的突破,器件中許多結構單元、互連線寬的尺寸已開始走向20nm以下。在該尺度下,金屬結構常呈現出不同於其巨觀狀態下的新異物性,其力、電、熱學行為以及結構穩定性是否依然滿足器件要求是當前材料學、電子學發展中所面臨到的關鍵問題。國內外對金屬納米線的相關研究指出,納米金屬的塑性行為嚴重受其表面、尺寸的影響;本課題組研究發現,10nm大小的Ag納米晶已不再遵從傳統塑性理論,而呈現出“液態”贗彈性。然而,對20nm以下金屬結構力學行為的探索才剛剛起步,其物理機制、決定因素等關鍵問題都有待於進一步認知。本項目擬通過球差矯正的高分辨電子顯微技術並結合原位力電操控、測試平台,系統化研究20nm以下金屬、金屬合金的力學行為,揭示其奇異力學行為的機制,並探索實現其力學性能調製的方法。本項目的開展既有利於完善納米金屬力學行為的相關理論,也可為NEMS器件的設計、製造奠定材料方面的基礎。

結題摘要

納機電系統(NEMS)和IC已進走入了7nm以下的特徵尺寸,許多電子器件中的結構單元、互連線寬的尺寸也在迎合新工藝相應地逐步減小。在器件中,一些金屬結構/互聯的特徵尺寸已走向20nm以下,在該尺度下,金屬材料常常呈現出不同於其巨觀狀態下的新異物性,其力學、電學、熱學行為以及結構穩定性是否依然滿足未來器件設計要求是當前材料學、電子學發展中所面臨到的重要問題之一。針對該問題,本項目提出以納米金屬為主要研究對象,通過原位電子顯微技術研究20nm以下金屬、合金、異質結構的力學、熱學行為機制及影響因素,探索納米金屬新異物性與尺寸、表/界面之間的本質關聯,探索納米金屬新異物性的調控和功能化套用。通過項目研究,我們(1)揭示了納米金屬、金屬合金贗彈性的產生根源與機制,揭示了在20nm以下尺度,表面擴散對納米金屬、合金力學行為的關鍵性影響;(2)研究了表面擴散型變形機制和位錯主導型變形機制受溫度的影響規律,揭示了這兩種變形機制之間隨顆粒尺寸、溫度變化下的競爭關係;(3)測定了納米金屬的浸潤特性,揭示了納米金屬浸潤特性隨尺寸的變化規律;(4)實驗測定了納米金屬Ag的表面能並驗證了其表面熱穩定性,澄清了關於表面能、表面穩定性長期以來存在的爭議;(5)揭示了AuAg、CuAg合金在高溫下的結構穩定性和相萃取/偏析機制,揭示了表面效應對其異質界面類型的影響機制;(6)製備了AuAg異質納米結構、Ag顆粒組裝結構,基於其特性製備了功能襯底並套用於SERS感測探測;(7)發明了一種可以限域調控單顆半導體納米顆粒結構的方法;(8)發明了一種可以原位製備納米合金顆粒的技術方法,可以獲得表面極其清潔的納米合金顆粒,可為認知氣相納米顆粒的成核、生長、擴散融合等動力學過程提供直觀的物理圖像。

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