東京大學于2016年3月10日宣佈，以原子水準直接觀察鋁（Al）合金與陶瓷氮化鋁（AlN）基板的異材接合，發現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定。
金屬與陶瓷的異種材料接合部件被各種結構件及電子元器件等採用。尤其是混合動力車（HV）及純電動汽車（EV）等的功率模組用絕緣電路板上，採用了鋁與氮化鋁基板等的接合體。要想進一步提高這種材料的機械特性、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定並進一步提高性能。而關於鋁合金與氮化鋁基板以原子水準如何接合，還有很多未解開的謎團。
此次，通過組合擁有1埃（10-10m）以下解析度的電子解析度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準分析了成分分佈。結果發現，在界面上，不僅雜質——鎂原子形成了單原子層結構，氧原子也在周圍形成了層狀結構。
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——鎂及氧原子隨著在界面附近增多，也形成了原子水準的界面遷移結構，使接合變得更加牢固。另外，通過採用第一性原理計算的理論分析也可以得出這樣的結論：與單純的Al/AlN接合相比，上述結構可以使界面變得更加穩定。
微量雜質元素對異材接合有很大影響這一新發現將從原子水準為形成穩定的金屬/陶瓷界面提供指導，為今後開發功率模組用絕緣電路基板及提高性能做出很大貢獻。另外，此次研究中採用的成分分析技術在物質科學及材料工學等很多領域都將成為強有力的分析技術。
此次的成果是東京大學與三菱材料、日本電子合作研究獲得的。已于3月10日（日本時間）刊登在英國自然出版集團（NPG）發行的學術期刊《科學報告》（Scientific Reports）上。
資料來源：日經技術在線