In-depth evolution of chemical states and sub-10-nm-resolution c...

In-depth evolution of chemical states and sub-10-nm-resolution crystal orientation mapping of nanograins in Ti(5 nm)/Au(20 nm)/Cr(3 nm) tri-layer thin films 本研究论文深入探讨了在Ti(5 nm)/Au(20 nm)/Cr(3 nm)三层层薄膜中纳米晶粒的化学状态演变及其晶体取向映射，达到了亚10纳米的分辨率。该论文发表于《Applied Surface Science》杂志，卷号为453，2018年，页面为365-372。 论文指出了在Au薄膜及其粘附层的应用中，普遍缺乏关于粘附层化学状态和Au纳米晶粒高分辨率晶体形态学的足够信息。为了克服这一缺陷，研究团队展示了在Ti/Au/Cr三层层薄膜系统中，界面处粘附层化学状态的深入演变以及具有小于10纳米横向分辨率的金纳米晶粒晶体取向映射。通过透射电子显微镜（TEM）技术，确认了Cr/Au和Ti/Au界面的相互扩散变异。X射线光电子能谱深度剖析（XPS depth profiling）被用来逐层表征Cr、Au和Ti的化学状态，从而指出粘附层的氧化不足现象。 研究结果显示，界面处的Au4f峰位向更高的结合能方向移动。这一现象可以通过一个基于电子重新组织和由部分氧化的Ti层支撑的小Au团簇中基态中和引起的电子重组模型来描述。这一发现对于理解界面物理化学性质具有重要意义，并且为相关纳米薄膜的材料设计提供了科学依据。 从技术层面来说，研究中使用了包括X射线光电子能谱(XPS)和透射Kikuchi衍射(TKD)等先进的材料分析技术。XPS是一种利用X射线激发样品表面产生光电子，从而得到样品表面元素种类、化学状态和电子结构信息的技术。而TKD是一种通过分析电子束穿过薄样品时产生的衍射图形来获得晶体取向分布的技术，通常用于分析纳米尺度下的晶体结构。 在结构方面，该研究聚焦于三层层薄膜，其中Ti(5nm)/Au(20nm)/Cr(3nm)的结构设计具有特别的物理化学特性。这类薄膜在微电子器件、传感器和其他相关纳米技术领域有着广泛应用。研究中所提及的“部分氧化的粘附层”是一个关键概念，指的是薄膜制备过程中的氧化过程，可能对薄膜整体的机械性能和电学性能产生影响。 这项研究揭示了薄膜界面处的微观尺度下的物理化学反应和晶体结构的变化，对于未来设计和制备性能优异的纳米薄膜具有重要的理论指导和实用价值。通过细致分析，可以帮助研究者和工程师更好地理解和控制材料在纳米尺度下的行为，从而推动相关技术的发展。