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铜具有导电、导热性好,加工性能优良,耐蚀性良好,抗电迁移能力好,熔点高等优良特性,所以铜在很多领域得到应用。但是,硬度低、耐磨性差、易氧化等问题制约着铜的进一步应用,因此Cu的表面强化问题亟待解决。表面强化的方法既能提高铜的表面强度,又能保持基体的优良性能,而由于铜氮化合物的热分解温度较低(100～470℃),因此通常的渗氮温度下(480～550℃)不能生成稳定的铜氮化合物,所以无法实现直接对铜的表面渗氮。本文探索一种合金化的方法制备含氮铜膜,期望提高Cu的硬度和N在Cu合金中的稳定性,最终将其用在铜的表面,实现铜的表面强化。本文选择了Ti、Cr、Zr三种合金元素,它们都是比较容易氮化的元素,并且其氮化物都是硬质相。用磁控溅射的方法在单晶Si(100)基体上分别制备了Cu(Ti,N)、 Cu(Cr,N、Cu(Zr,N)三个系统的铜合金薄膜以及作为参比样品的Cu、Cu(N)薄膜,然后进行了不同温度的真空退火处理,并对其结构和性能进行了分析。研究表明,磁控溅射法可制备含氮铜合金薄膜。在Cu(Ti,N)系统薄膜中,Ti含量越大能够在Cu中固定住的N就越多,而Ti、N含量高的Cu81.2Ti9.9N8.9薄膜的电阻率(-660μΩ·cm)比Cu88.5Ti4.3N7.2的电阻率(～123μΩ·cm)要高得多,Cu81.2T19.9N8.9薄膜的硬度(-5.2GPa)却只比Cu88.5Ti4.3N72的硬度(-5.2GPa)略高一点,由此可见,薄膜中并不是Ti、N含量越高性能越好,因此应该合理控制薄膜中的Ti、N含量。三个系统的含氮铜合金薄膜的硬度相比于纯铜薄膜(3.5GPa)都有很大程度的提高,其中Cu57.3Cr22.1N20.6薄膜的硬度最高,达到了6.5GPa,即使在400℃/1h退火后薄膜的硬度依然高达6.3GPa,因此用合金元素将N带入Cu中可以起到显著提高薄膜硬度的目的；相同条件下制备的三个薄膜体系中,Cu(Cr,N)薄膜中的合金元素和N含量最多,说明Cr的氮化物更容易生成,而其电阻率相比于另外两个系统却没有明显升高,因此可以考虑减少Cr的含量进一步探索性能更好的薄膜：Cu(Zr,N)薄膜硬度的提高最小,但是其电阻率却也相对较高,因此对Zr在Cu中稳定N的研究还需要进一步探索更好的工艺。