应变和温度对纳米晶钨薄膜结构-性能关系的影响

《Scientific Reports》：Strain- and temperature effects on structure–property relationships in nanocrystalline tungsten thin films

　　

摘要

纳米晶钨（nc-W）薄膜由于其高热稳定性、机械强度以及可调的电子传输特性，在纳米电子应用中具有巨大潜力。本研究系统地探讨了其电阻率、电阻温度系数（TCR）和应变系数（SC），并分析了这些性质与热和机械载荷作用下微观结构演变之间的关系。研究发现，电子传导主要受晶界和薄膜表面的散射影响。由于晶界的限制，电子的有效平均自由路径约为8.0纳米，而晶界反射系数约为R ≈ 0.49 ± 0.02，表明界面散射强度处于中等水平。在1–2%的准弹性纵向应变下，薄膜的应变敏感性增强，应变系数SC约为4.7；同时，在300–800 K的温度范围内，电阻温度系数TCR保持稳定，约为1.3 × 10?3 K?1，显示出优异的热稳定性。这些结果表明，晶界散射在电荷传输中起主导作用，并且可以通过应变和温度诱导的微观结构演变来调节，从而说明晶界可以作为结构可调的界面，控制纳米晶金属的宏观电子行为。