【摘要】 利用球差校正透射电子显微镜对不同AlN层厚度的多层膜的横截面微结构进行了详细的研究。

当AlN层足够薄时，CrN/AlN多层膜中可以生长出亚稳态岩盐（面心立方）AlN。超过一定的临界厚度，热力学稳定的纤锌矿（w）结构生长。

 

Zhuo Chen等[1]在这项工作中，双层周期梯度（21个重复块，每个由10个双层AlN层的厚度范围从1.0 nm到10.0 nm），~2.0毫米厚，反应磁控溅射多层膜的详细特征在于与球差校正的透射电子显微镜（TEM）。通过DFT（密度泛函理论）的计算补充了研究。

 

高分辨透射电镜（HRTEM）研究表明，<111>生长取向<110><100>在稳定亚稳AlN方面不如生长取向有效。AlN层的临界厚度对于生长取向为约2.0nm<111>，但对于生长取向和生长取向两者均达到高达4.1nm<110><100>。相反的<111>取向，在两个<110>和<100>取向几个异常高度失配的C-CrN/W-AlN界面结构的形式。

 

DFT研究表明，较大的临界厚度的AlN层<100>和<110>取向是允许的较低的表面能和较高的立方/纤锌矿界面能。HRTEM和DFT研究的结合，可以回答公开的问题的结晶取向和界面结构的影响，也提供了一个更好的理解的生长机制的AlN，必要的杰出的机械性能的含AlN的多层膜。

 

利用球差校正透射电子显微镜对不同AlN层厚度的多层膜的横截面微结构进行了详细的研究。从图形和暗场图像研究中，从第一次到第四次重复块可以观察到{111}CrN{111}AlN和{111}CrN{0001}AlN结构。

 

根据我们的球差校正透射电子显微镜观察和统计分析，生长取向的c-AlN/c-CrN晶粒<111>显示c-AlN临界层厚度较小，而<100><110>生长取向的c-AlN临界层厚度较大。其原因是生长面表面能、应变能各向异性和c-CrN/w-AlN界面结构变化的综合作用。研究结果清楚地表明，除了表面能和应变能，还需要考虑不同的可能的界面结构的几何形状。

 

[1] Chen Z , Holec D , Bartosik M ,et al.Crystallographic orientation dependent maximum layer thickness of cubic AlN in CrN/AlN multilayers[J].Acta Materialia, 2019, 168:190-202.

 

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