東京大學(xué)于2016年3月10日宣布，以原子水平直接觀察鋁(Al)合金與陶瓷氮化鋁(AlN)基板的異材接合，發(fā)現(xiàn)在其界面上偏析的鎂(Mg)的單原子層使兩種材料的接合更加牢固和穩(wěn)定。

　　金屬與陶瓷的異種材料接合部件被各種結(jié)構(gòu)件及電子元器件等采用。尤其是混合動(dòng)力車(HV)及純電動(dòng)汽車(EV)等的功率模塊用絕緣電路板上，采用了鋁與氮化鋁基板等的接合體。要想進(jìn)一步提高這種材料的機(jī)械特性、熱特性和可靠性，就必須使鋁與氮化鋁的接合界面變得更加穩(wěn)定并進(jìn)一步提高性能。而關(guān)于鋁合金與氮化鋁基板以原子水平如何接合，還有很多未解開的謎團(tuán)。

　　此次，通過(guò)組合擁有1埃(10-10m)以下分辨率的電子分辨率掃描透射電子顯微鏡法(STEM)和超高感光度X射線成分分解方法，在鋁合金與氮化鋁的接合界面上以原子水平分析了成分分布。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在界面上，不僅雜質(zhì)——鎂原子形成了單原子層結(jié)構(gòu)，氧原子也在周圍形成了層狀結(jié)構(gòu)。

　　由此可知，鋁合金與氮化鋁基板的界面上不僅有鋁與氮化鋁的接合，雜質(zhì)——鎂及氧原子隨著在界面附近增多，也形成了原子水平的界面遷移結(jié)構(gòu)，使接合變得更加牢固。另外，通過(guò)采用第一性原理計(jì)算的理論分析也可以得出這樣的結(jié)論：與單純的Al/AlN接合相比，上述結(jié)構(gòu)可以使界面變得更加穩(wěn)定。

　　微量雜質(zhì)元素對(duì)異材接合有很大影響這一新發(fā)現(xiàn)將從原子水平為形成穩(wěn)定的金屬/陶瓷界面提供指導(dǎo)，為今后開發(fā)功率模塊用絕緣電路基板及提高性能做出很大貢獻(xiàn)。另外，此次研究中采用的成分分析技術(shù)在物質(zhì)科學(xué)及材料工學(xué)等很多領(lǐng)域都將成為強(qiáng)有力的分析技術(shù)。

　　此次的成果是東京大學(xué)與三菱材料、日本電子合作研究獲得的。已于3月10日(日本時(shí)間)刊登在英國(guó)自然出版集團(tuán)(NPG)發(fā)行的學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)報(bào)告》(Scientific Reports)上。