金屬納米晶體(NC)廣泛用于大規(guī)模集成電路中的電觸點(diǎn)和互連。這些材料的重要性能，如它們的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，以及電遷移行為等都非常容易受到表面密度、晶界(GBs)及其位錯的影響。此外，膜的表面粗糙度可以影響NC膜上材料的生長(例如電介質(zhì))，并且通過調(diào)整勢壘寬度進(jìn)而影響隧穿器件的性能。許多NC膜中的晶粒都具有擇優(yōu)取向，如面心立方(fcc)金屬(例如金和銅)通常以(111)面擇優(yōu)取向生長，如此一來，多晶及其晶界就有可能通過合并以形成具有光滑表面的膜。然而，Cu的晶界由堆垛層錯(SFs)組成，而層錯能是具有方向性的，可導(dǎo)致晶粒旋轉(zhuǎn)和表面粗糙化。

【成果簡介】

近日，來自愛爾蘭都柏林大學(xué)的John J. Bolan教授(通訊作者)等人使用掃描隧道顯微鏡研究了銅納米晶膜(111)面的低角度晶界(LAGBs)。晶界的存在致使膜上產(chǎn)生了由刃位錯組成的“谷”和不全位錯重組形成的“脊”。幾何分析和模擬表明，面外晶粒旋轉(zhuǎn)使晶界能量降低產(chǎn)生驅(qū)動力，正是這種驅(qū)動力促使“谷”和“脊”的形成。這些結(jié)果表明，一般來說不可能形成由銅以及其他層錯能較小或位錯線彈性場各向異性較高的金屬組成的平滑二維納米晶體薄膜。但是，如果能夠通過有效調(diào)控晶界摻雜從而改變層錯能，或者膜與基體的相互作用，還是有希望能夠達(dá)到控制晶體旋轉(zhuǎn)和優(yōu)化納米晶體薄膜性能的目的。相關(guān)成果以“Nanocrystalline copper films are never flat”為題發(fā)表在2017年7月28日出版的Science上。

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