靶基距对Cu/Si(100)薄膜结构和残余应力的影响

采用高功率调制脉冲磁控溅射(MPPMS)技术在 Si(100)基体上沉积 Cu 薄膜,SEM 观察薄膜厚度及生长特征、XRD 分析薄膜晶体结构、nanoindentor 测量薄膜纳米硬度和弹性模量、Stoney 公式计算薄膜残余应力,研究沉积过程靶基距对 Cu / Si(100)薄膜沉积速率、微结构及残余应力的影响。 随着靶基距的增大,薄膜沉积速率降低,薄膜的生长结构由致密 T 区向 I 区转变,Cu(111)择优生长的晶粒逐渐减小,薄膜纳米硬度和弹性模量也相应降低,残余拉应力约为 400 MPa。 较小靶基距时增加的沉积离子通量和能量,决定了薄膜晶粒合并长大体积收缩过程的主要生长形式,导致了 Cu / Si(100)薄膜具有的残余拉应力状态。 MPPMS 工艺的高沉积通量和粒子能量可实现对 Cu / Si(100)薄膜残余应力的调控。     

微米压痕测量TiAlN薄膜断裂韧性的数字孪生方法EI北大核心CSCD

针对高性能表面层制造的薄膜断裂韧性检测,采用扩展有限元法(XFEM)模拟TiAlN薄膜微米压痕行为,基于数字孪生方法优化薄膜最大起始断裂应力(σ_(max))和相应的裂纹分离距离(δc)参数,根据Griffith-Irwin关系测定薄膜断裂韧性。深振荡磁控溅射(DOMS)在AISI 304奥氏体不锈钢基体上沉积具有立方结构的TiAlN薄膜,随着峰值功率由58.7 kW增至129.9kW,薄膜的择优取向由(111)转变为(200)。维氏微米压痕试验在载荷500 mN下压制,聚焦离子束(FIB)结合扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜平面和横截面开裂行为,通过3D XFEM建模表征薄膜损伤过程,将模拟的薄膜裂纹形态、数量、分布及总长度与试验值进行交互反馈和融合分析,孪生匹配出薄膜平面开裂的σ_(max)和δc参数,计算出AISI 304奥氏体不锈钢上沉积TiAlN薄膜的断裂韧性。随着DOMS峰值功率提高,TiAlN薄膜断裂韧性先增加后减小。峰值功率为90.2 kW,伴随最高纳米硬度28.3 GPa,断裂韧性最大值为1.88 MPa·m^(1/2),DOMS沉积TiAlN薄膜具有强韧性复合性能。XFEM模拟微米压痕的数字孪生方法,不仅发展了薄膜断裂韧性的测量技术,还为高性能表面层制造反问题提供了一种求解方法。     

高功率调制脉冲磁控溅射沉积NbN涂层特征工艺参数研究

目的 研究不施加基片温度和固定Ar/N2流量比为64/16的条件下,微脉冲占空比、充电电压特征工艺参数与负偏压对NbN涂层相组成、微结构和力学性能的影响。方法 采用高功率调制脉冲磁控溅射技术（MPPMS）,通过控制微脉冲占空比、充电电压和负偏压等特征工艺参数,沉积一系列具有不同相组成的NbN涂层,通过X射线衍射仪、纳米压痕仪和维氏硬度计,分别表征NbN涂层的相组成、结构、硬度和韧性,并通过扫描电子显微镜（SEM）对NbN生长形貌和压痕形貌进行观察分析。结果 改变微脉冲占空比和充电电压,所有NbN涂层均由δ-NbN和δ''-NbN组成,施加基片偏压后,NbN涂层主要由δ''-NbN组成。所有的NbN涂层均呈现致密柱状晶结构,且提高微脉冲占空比、充电电压和负偏压,制备的NbN涂层均更加致密。随微脉冲占空比升高,涂层硬度由25 GPa增至36 GPa,涂层的韧性逐渐增加。提高充电电压制备的NbN涂层,其表现出与控制微脉冲占空比制备的涂层相似的规律。施加负偏压后,涂层主要由δ''-NbN组成,涂层的硬度和韧性均下降。结论 两相结构和高致密性是使NbN涂层硬度和韧性同时增强的主要因素。