直流负偏压对类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用直流-射频-等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了类金刚石薄膜，采用原子力显微镜、Raman光谱、X射线光电子能谱、红外光谱、表面轮廓仪和纳米压痕仪考察了直流负偏压对类金刚石薄膜表面形貌、微观结构、沉积速率和硬度等性能的影响。结果表明：无直流负偏压条件下，薄膜呈现有机类聚合结构，具有较低的SP3含量和硬度；叠加上直流负偏压后，薄膜具有典型的类金刚石结构特征，SP3含量和硬度得到了显著的提高；但随着直流负偏压的升高，薄膜的沉积速率和H含量逐渐降低，而SP3含量和硬度在直流负偏压为200V时出现最大值，此后逐渐降低。     

脉冲偏压对电弧离子镀深管内壁沉积TiN薄膜的影响

用电弧离子镀设备,分别采用直流偏压和脉冲偏压的沉积工艺,在一端封口的50 mm×200 mm×5 mm的不锈钢深管内壁上沉积TiN薄膜,对薄膜的厚度、表面形貌、相结构、硬度和磨损性能等随管子深度的变化进行了对比测试.结果表明,两种工艺下薄膜的厚度、硬度以及耐磨性能都随管子的深度而下降,但与直流偏压相比,脉冲偏压能够提高薄膜厚度和硬度,减少大颗粒的尺寸和数量,提高耐磨性能;按照硬度不低于20 GPa的标准划分,脉冲偏压使镀膜深度提高了40%,即从直流偏压的50 mm提高到70 mm.     

表面波激发等离子体合成类金刚石薄膜的实验研究

用表面波等离子体装置进行了类金刚石薄膜的合成实验,研究了微波功率、基底负偏压和气体组成等条件对成膜的影响.用拉曼光谱和扫描电子显微镜对薄膜结构和表面形貌进行了分析,得出在100Pa的工作气压下,使用CH4放电,大功率和高偏压有利于生成质量较好的薄膜.     

射频与直流磁控溅射制备DLC薄膜的工艺研究及特性对比

采用直流与射频磁控溅射技术,用高纯石墨在单晶硅(100)表面制备了类金刚石薄膜(DLC).采用拉曼光谱、扫描电镜分析了薄膜的结构、表面和截面形貌,以及与溅射工艺的关系,并且对溅射过程中粒子输运机理进行了解释.结果表明,2种溅射方法制备的薄膜均含有相当的sp3杂化碳原子.射频磁控溅射沉积的DLC薄膜所含sp3杂化碳原子的量要高于直流磁控溅射沉积的DLC薄膜,且薄膜质量优于直流磁控溅射沉积的DLC薄膜.     

钼薄膜的制备、力学性能和磨损性能

采用直流磁控溅射技术在GCr15轴承钢底材上沉积了钼薄膜。利用XRD，AFM对不同负偏压下沉积的钼薄膜的结构和表面形貌进行了表征；利用纳米压痕仪对薄膜的硬度和膜基结合强度进行了测定；最后利用DF-PM型动静摩擦系数精密测定仪和扫描电镜(SEM)研究了薄膜的硬度、残余模量与负偏压的关系。结果表明：利用直流磁控溅射法制备的钼薄膜的硬度随负偏压的变化存在最大值，另外负偏压还影响薄膜的微结构、粗糙度以及膜基结合力，但负偏压的改变对钼薄膜的摩擦系数影响不大。     

室温直流磁控溅射氮化钛薄膜研究

利用直流磁控溅射在室温下沉积出性能优良的氮化钛薄膜,研究了N2流量和偏压对氮化钛薄膜性能和结构的影响,并采用扫描隧道显微镜(STM)技术对其表面形貌进行了较为详细的研究.结果表明,随着N2流量的增加,薄膜的结构从四边型混合结构转变为面心立方 NaCl型结构,最后变为无定型结构,薄膜结构的变化也使薄膜的硬度随之发生变化;施加负偏压不仅能让薄膜中缺陷减少,使膜层变得更致密,而且还能优化氮化钛晶粒,从而获得性能优良的薄膜.从TiN薄膜的表面形貌图可知,薄膜表面平整,缺陷很少,晶粒排列非常致密,且空位及表面缺陷较少.     

表面波激发等离子体合成类金刚石薄膜的实验研究

用表面波等离子体装置进行了类金刚石薄膜的合成实验，研究了微波功率、基底负偏压和气体组成等条件对成膜的影响。用拉曼光谱和扫描电子显微镜对薄膜结构和表面形貌进行了分析，得出在100Pa的工作气压下，使用CH4放电，大功率和高偏压有利于生成质量较好的薄膜。     

电弧离子镀中不同偏压模式对TiN薄膜形貌的黄美东

用扫描电子显微镜观察了电弧离子镀中各种不同偏压模式：不加偏压、加不同直流偏压和加幅值相同但占突比不同的脉冲偏压情况下获得的TiN薄膜的表面形貌,结果表明,脉冲偏压可以大大减小膜表面的大颗粒尺寸和数量,显著改善表面形貌。     

偏压对磁控溅射ZnO薄膜的成核机制及表面形貌演化动力学的影响

利用反应射频磁控溅射技术,通过对基体施加负偏压溅射ZnO薄膜,探讨了固定偏压下ZnO薄膜的表面形貌随沉积时间的演化以及不同偏压对ZnO薄膜表面形貌的影响. 研究结果表明,在-100V的偏压下,随着沉积时间的增加,ZnO薄膜的表面岛尺寸不断减小,密度逐渐变大. ZnO在基片表面成核过程中的本征缺陷成核阶段和轰击缺陷成核阶段的生长指数分别为(0.45±0.03)和(0.22±0.04),低速率成核过程基本消失;随着偏压增大,表面岛的尺寸变大,表面起伏增加. 偏压不但可以改变ZnO薄膜的成核和生长过程,而且影响薄膜的晶体取向.     

负偏压对PET上磁控溅射氧化铝薄膜的影响

以PET(对苯二甲酸已二醇脂)为基体,采用磁控溅射方法在其上制备Al2O3阻隔膜,研究负偏压对基体温度、镀膜表面形貌和镀膜化学成份的影响.研究表明,基体温度随着负偏压的增加而升高;Al2O3薄膜的表面形貌随着负偏压的增加粗糙度显著降低.XPS分析表明薄膜是满足化学成分配比的AlO3,而且薄膜的成分在较大的负偏压的范围内保持稳定;适当的负偏压有利于提高薄膜的阻隔性.     

偏压对直流磁控溅射Fe-N薄膜结构及性能的影响

为了揭示偏压对溅射态Fe-N薄膜磁学行为的影响规律及机理,采用直流磁控溅射工艺在不同偏压下制备了Fe-N薄膜.利用掠入射X射线衍射、小角X射线散射技术和振动样品磁强计研究了薄膜的相结构、厚度、表面粗糙度以及磁性能.结果表明,增加偏压有利于薄膜中非晶的形成,且随着偏压的增大,薄膜的厚度增加,表面粗糙度降低.Fe-N薄膜的磁性能表明,随着偏压的增加,薄膜的饱和磁化强度和矫顽力均有不同程度的减小.偏压的增加导致Fe-N薄膜由晶态向非晶态转变,从而引起磁性能的改变.     

304不锈钢磁控溅射TiNx薄膜不同偏压时的结构和耐蚀性能

基体偏压是影响磁控溅射TiNx薄膜结构和性能的关键因素,且TiNx薄膜的结构与其耐蚀性有极大的关系.利用直流反应磁控溅射技术,通过改变基体偏压在304不锈钢表面制备了具有结构缺陷和不同化学计量比的TiNx薄膜.采用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、电化学技术研究了TiNx薄膜的表面形貌、相结构和耐蚀性与偏压的关系.结果表明:TiNx薄膜的表面结构与偏压明显相关,适当的偏压有利于获得细小、均匀、致密和光滑的TiNx薄膜;TiNx薄膜为B1-NaCl型面心立方结构,其择优取向为(111)面,增加偏压有利于获得符合化学计量比的TiNx薄膜;致密、光滑和符合化学计量比的TiNx薄膜具有更低的腐蚀倾向;不同化学计量比的TiNx薄膜的腐蚀均为局部剥离,且与该处高密度结构缺陷相关;减少TiNx薄膜的针孔等结构缺陷对于提高其耐蚀性极为重要.     

工艺条件对硼掺杂纳米硅薄膜微结构及力学性能的影响

采用射频和直流偏压(RF+DC)双重激励源,在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中成功制备了掺硼纳米硅薄膜.改变衬底温度、射频功率和退火温度几个关键工艺参数,利用拉曼(Raman)谱仪、薄膜测厚仪和原子力显微镜(AFM)对掺硼纳米硅薄膜的微结构进行了分析;应用纳米压痕法研究了艺条件对薄膜弹性模量及硬度等力学性能的影响关系.结果表明:薄膜晶态比、平均晶粒大小随着衬底温度的升高均有增大趋势;射频功率对提高薄膜生长速率存在最优值条件;退火对本征和掺硼薄膜表面形貌特征有较大影响,退火后掺硼薄膜表面粗糙度增大明显.薄膜弹性模量及硬度很大程度上受射频功率和后序处理条件的影响,退火使薄膜的力学性能有所提高.针对实验现象,从薄膜结构方面进行了相关的理论阐释.     

基底负偏压对直流磁控溅射CrN薄膜择优取向及表面形貌的影响

直流磁控溅射法制备不同基底负偏压下的CrN薄膜,采用XRD分析薄膜相结构,EDS分析薄膜表面成分,SEM观察薄膜表面形貌,并对偏压作用机制进行了探讨。结果表明,当Ar流量6ml/min、N2流量30ml/min时,在基底负偏压增大过程中,CrN薄膜始终由CrN相组成,但薄膜生长发生了(111)(-50V)向(200)(-125V)再向无明显择优生长(-225V)的转变。低偏压时,CrN薄膜[111]向[200]取向转变主要是轰击表面氮离子浓度增加导致;高偏压时,薄膜中Ar浓度大幅增长,高能离子长时间轰击破坏晶粒取向性,使薄膜呈无择优取向。同时,负偏压增加使薄膜表面形貌从具有棱角的不规则形状逐渐变为粒状结构,且晶粒逐渐细小。     

射频负偏压对沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

在不同的射频负偏压作用下,利用微波电子回旋共振(ECR)等离子体源化学气相沉积技术在单晶硅表面进行制备类金刚石薄膜研究.利用傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)和原子力显微镜(ARM)对薄膜的结构成分和形貌进行了分析表征,同时对所制备的薄膜摩擦系数进行了测试.结果表明:所制备的薄膜具有典型的含H类金刚石结构特征,薄膜结构致密均匀、表面粗糙度小.随着负偏压的增大,红外光谱中2800 cm-1～3000 cm-1波段的C-H伸缩振动吸收峰的强度先升高后降低,在射频功率为50 W时达到最大,所对应的薄膜摩擦系数是先降低再升高,在射频功率为50 W时达到最小.     

偏压对阴极电弧离子镀AIN薄膜的影响

在不同基体负偏压作用下,用阴极电弧离子镀等离子体物理气相沉积（PVD）方法在单晶Si(100）基片上获得六方晶系的晶态AIN薄膜。用X射线衍射仪分析了沉积膜的物相组成和晶格位向随偏压的变化。在扫描电子显微镜（SEM）下观察沉积膜的显微组织形貌。结果表明,在较小偏压下,AIN膜呈（002）择优取向,表面致密均匀;在较大偏压下,AIN膜呈（100）择优取向,表面形貌则粗糙不平,AIN薄膜的择优取向及表面形貌受到不同偏压下不同离子轰击能量的影响。     

偏压对磁控溅射沉积铌膜表面性能的影响

利用直流磁控溅射在钢基体上沉积了铌薄膜,分别采用扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射仪和电化学分析仪研究了不同偏压下铌膜表面形貌、相结构以及耐蚀性。实验结果表明：在低于300V偏压下,偏压的变化并没有使得铌膜的晶体结构发生改变,但对铌膜的表面形貌影响很大。随着偏压的提高,Nb膜表面先变得平坦,晶粒细小致密,孔隙减少;偏压升到300V时,晶粒粗大,膜层变得疏松。偏压的增大使得铌膜的显微硬度和结合力相应提高。150V偏压下沉积得到的铌膜耐蚀性最为出色,这主要缘于其较低的孔隙率和高的膜基结合力。     

脉冲偏压对304不锈钢表面多弧离子镀CrAlN薄膜结构和耐蚀性能的影响

目前,鲜见有关脉冲偏压对多弧离子镀Cr Al N薄膜耐蚀性能影响的报道。以不同的脉冲偏压在304不锈钢表面多弧离子镀Cr Al N薄膜。采用扫描电镜、显微镜、X射线衍射仪、硬度仪、粗糙度仪分析了Cr Al N薄膜的表面形貌、相结构、硬度、表面粗糙度及耐蚀性能,分析了脉冲偏压对相关性能的影响。结果表明:随着脉冲偏压幅值的增大,Cr Al N薄膜表面大颗粒及凹坑尺寸和数量减少,薄膜质量提高;Cr Al N薄膜主要由(Cr,Al)N相组成,随着偏压增加,Cr Al N薄膜出现(220)择优取向;Cr Al N薄膜表面粗糙度随脉冲偏压增大而减小,显微硬度随脉冲偏压的增大而增大;Cr Al N薄膜在3.5%Na Cl溶液中的耐蚀性随着脉冲偏压的增大而增大,脉冲偏压为400 V时,Cr Al N薄膜与基体304不锈钢的腐蚀速率之比为0.34,薄膜的综合性能最好。     

TMGa流量对玻璃衬底上低温沉积GaN的影响

采用电子回旋共振-等离子体辅助增强金属有机物化学气相沉积两步生长法在玻璃衬底上低温沉积GaN薄膜。利用原位反射高能电子衍射、X射线衍射、室温透射光谱和原子力显微镜,研究了不同TMGa流量条件下沉积的GaN薄膜的结晶性、光学性质和表面形貌。结果表明,TMGa流量对GaN薄膜质量影响很大,TMGa流量约为1.4cm3/min(标准状态)条件下沉积的GaN薄膜结晶性较好,呈高度c-轴择优取向,420～1110nm波长光区内透过率超过90%,薄膜表面由大小均匀的亚微米量级表面岛按一致取向堆砌而成。     

基体负偏压对类金刚石涂层结构和性能的影响

采用直流等离子体增强化学气相沉积技术(DC-PECVD),通过控制基体负偏压的变化在YG8硬质合金基体上制备一系列类金刚石涂层。选用扫描电子显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、粗糙度仪对涂层形貌和结构进行表征测试。同时,利用显微硬度计、划痕测试仪系统地分析涂层的显微硬度和界面结合性能。结果表明:随着负偏压增大,涂层表面形貌逐渐平整光滑、致密,颗粒尺寸减小及数量降低。拉曼光谱表明,涂层具有典型的类金刚石结构,涂层中sp3键含量呈先增大后减小趋势,最大值约67.9%出现在负偏压为1000V左右,负偏压过大导致sp3键含量降低。显微硬度随负偏压变化规律与sp3键基本相符,sp3键含量决定显微硬度值大小。负偏压过大对吸附离子产生反溅射作用导致涂层厚度减小。当负偏压为1100V时,涂层与基体间的界面结合性能最优。