研究目的
基于组合磁控溅射实验、表面扩散活化能、临界扩散距离及热力学计算来预测TiAlN的亚稳相形成。
研究成果
该模型综合考虑动力学与热力学因素，能准确预测不同成分和沉积条件下TiAlN薄膜的亚稳相形成过程。它将预测的临界溶解度范围扩展至更低铝浓度区间，这是以往基于能量模型无法实现的。
研究不足
该模型的预测受限于所测试的实验条件范围（100至550摄氏度和2.3至6.8瓦特每平方厘米的功率密度）。假设表面扩散具有平均活化能可能无法捕捉到各个原子种类扩散的所有细微差别。
1：实验设计与方法选择：
采用组合磁控溅射法制备不同铝浓度、沉积温度和速率的Ti1-xAlxN薄膜。
2：样品选择与数据来源：
在100至550°C温度范围及2.3、4.6和6.8 W cm-2功率密度下，于Si(100)衬底上合成薄膜。
3：6和8 W cm-2功率密度下，于Si(100)衬底上合成薄膜。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：使用CemeCon 800/9溅射系统，JEOL JSM-6480扫描电子显微镜（配备EDAX Genesis 2000能谱仪），Bruker AXS D8 Discover GADDS X射线衍射仪，以及Cameca LEAP 4000X HR原子探针断层仪。
4：实验流程与操作步骤：
通过能谱仪(EDX)、X射线衍射(XRD)、原子探针断层分析(APT)和透射电镜(TEM)表征薄膜成分、相结构和微观组织。
5：数据分析方法：
采用CONTES处理背散射电子衍射(ERDA)数据，IVAS 3.8.0进行APT重构，VASP软件进行第一性原理计算。
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JEOL JSM-6480 scanning electron microscope
JSM-6480
JEOL
Used for energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) to determine thin film chemical compositions.
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FEI Helios NanoLab 660
Helios NanoLab 660
FEI
Dual-beam focused ion beam microscope used for preparing APT tips.
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CemeCon 800/9 system
800/9
CemeCon
Used for DC magnetron sputtering of Ti1-xAlxN thin films.
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Bruker AXS D8 Discover GADDS
D8 Discover GADDS
Bruker AXS
Used for X-ray diffraction (XRD) for phase identification.
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Cameca LEAP 4000X HR
LEAP 4000X HR
Cameca
Used for three-dimensional atom probe tomography (APT) for spatially-resolved chemical composition analysis.
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Tecnai F20 TEM
F20
Tecnai
Used for transmission electron microscopy (TEM) analysis for spatially-resolved phase identification.
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