以銅代金！新型“無腐蝕”銅薄膜可降低能耗
銅 (Cu) 對我們的日常生活至關(guān)重要，因?yàn)樗哂谐錾膶?dǎo)電性以及其他有價值的物理特性，例如能夠?qū)~拉成細(xì)線。
銅是電子、半導(dǎo)體和電光工業(yè)的核心金屬。但其表面的氧化和不必要的腐蝕會限制銅的使用壽命并增加其電阻。
最近，由釜山國立大學(xué) Se-Young Jeong 教授領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員開發(fā)了一種制造抗氧化銅薄膜的方法。該研究已發(fā)表在自然。
“抗氧化銅有可能取代半導(dǎo)體器件中的金，這將有助于降低成本?？寡趸~還可以降低電力消耗，并延長納米電子設(shè)備的使用壽命。”鄭教授說。
使用原子濺射外延生長銅薄膜，然后使用理論模型揭示其強(qiáng)抗氧化性背后的機(jī)制。
以前的研究表明，銅的氧化是由于銅表面上的微觀“多步驟”而發(fā)生的。這些步驟提供了銅吸附原子（吸附原子）的來源，它與氧氣相互作用并為氧化物的生長提供了場所。這就是單晶銅抗氧化的原因。
“我們使用一種稱為原子濺射外延的方法來生長緊密協(xié)調(diào)的平面單晶銅膜。通過使用降噪系統(tǒng)來降低電氣和機(jī)械噪聲，我們能夠保持銅表面幾乎無缺陷并制造原子級平面薄膜。 ”鄭教授解釋道。
研究小組隨后使用高分辨率透射電子顯微鏡 (HR-TEM) 研究了銅薄膜。他們發(fā)現(xiàn)薄膜沿 [111] 方向生長，表面幾乎平坦，偶爾出現(xiàn)單原子臺階。然后，他們將單晶 Cu (111) 薄膜 (SCCFs) 與其他表面粗糙度較高的 Cu 薄膜進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)與其他薄膜不同的是，SCCFs 具有抗氧化性，即氧氣很難穿透單原子階梯邊緣。
然后，研究人員使用基于“密度泛函理論”的銅氧化微觀模型來研究 SCCF 如何與氧氣相互作用。他們發(fā)現(xiàn)，一旦 SCCF 表面的 50% 被氧原子覆蓋，SCCF 的表面就會受到氧氣的保護(hù)。SCCF 上氧原子的額外吸收被它們自己創(chuàng)造的高能壘抑制。
“我們研究的新穎之處在于實(shí)現(xiàn)原子級平面，即在原子水平上平坦的表面，以及闡明超平面金屬的抗氧化機(jī)制，”Jeong 教授總結(jié)道。
這項(xiàng)研究的結(jié)果不僅對電子和半導(dǎo)體行業(yè)做出了重大貢獻(xiàn)，而且在幫助保護(hù)無價的青銅雕塑免受損壞方面也大有幫助。
