新型直流磁控溅射电源的研究与设计

研究并设计了一种适用于直流磁控溅射的新型数字化电源。针对直流磁控溅射工艺的要求,从系统控制策略和电弧保护两方面进行研究。设计了带指令电流前馈补偿的双闭环控制策略,并给出详细的设计方法;提出溅射过程出现异常弧光现象时,针对软弧和硬弧采取不同保护方式的两级保护方法,并描述了基于HCPL-316J的驱动电路设计。搭建10 kw实验样机进行验证,结果表明带指令电流前馈补偿的双闭环控制策略具有良好的动态性和稳定性,两级保护方法可有效熄灭电弧,提升溅射的质量。     

氮气反应溅射制备软X射线Co/Ti多层膜

针对"水窗"波段(280~540eV)对多层膜反射镜的应用需求,在Ti的L吸收边(452.5eV)附近,优化设计了Co/Ti多层膜的膜系结构。计算了不同界面粗糙度条件下的反射率,结果显示,界面粗糙度对多层膜反射率有较大影响。采用直流磁控溅射方法在超光滑硅基片上制备了Co/Ti多层膜,通过将氮气引入原有的溅射气体氩气中作为反应气体,明显减小了制备的多层膜的界面粗糙度。利用X射线掠入射反射实验和透射电子显微镜测试了多层膜结构,并在北京同步辐射装置(BSRF)3W1B实验站测量了不同氮气浓度下多层膜的反射率。结果显示,氮气含量为5%的溅射气体制备的多层膜样品反射率最高,即将纯氩气溅射制备得到的反射率9.5%提高到了12.0%。得到的结果表明,将氮气加入反应溅射气体可以有效改善Co/Ti多层膜的性能。     

共溅射制备WxSi1-x/Si多层膜应力的实验研究

采用直流磁控溅射技术制备了周期厚度为27.5nm的W/Si多层膜,使用实时应力测量装置对其应力特性进行了研究。为降低膜层应力,采用W、Si共溅射技术制备WxSi1-x膜层替换W膜层,制备出WxSi1-x/Si多层膜,与W/Si多层膜的应力特性进行了比较研究。结果表明,W/Si多层膜为较大的压应力,测量值为-476.86 MPa,WxSi1-x/Si周期多层膜为较小的压应力,测量值为-102.84MPa。因此采用共溅射制备WxSi1-x代替W可以显著改善多层膜的应力特性。     

Mn 掺杂 SiC 基稀磁半导体薄膜的结构和磁性研究

目的从原子水平探究Mn掺杂SiC薄膜的磁性起源。方法采用射频磁控溅射技术制备不同掺杂浓度的Mn掺杂SiC薄膜,并采用X射线衍射技术、X光电子能谱、同步辐射X射线近边吸收精细结构技术、物理性质测试系统对薄膜的结构、组分和磁性能进行研究。结果晶体结构和成分分析表明,1200℃退火后的薄膜形成了3C-SiC晶体结构,且随着Mn掺杂浓度的增加,3C-SiC晶体的特征峰向低角度移动。在Mn掺杂浓度(以原子数分数计)为3%,5%,7%的薄膜中,掺杂的Mn原子以Mn2+的形式存在;而在9%Mn掺杂的SiC薄膜中,则有第二相化合物Mn4Si7形成。局域结构分析表明,薄膜中均不存在Mn金属团簇和氧化物,在3%,5%和7%Mn掺杂的薄膜中,掺杂的Mn原子主要以代替C位的形式进入3C-SiC晶格中,而在9%Mn掺杂的薄膜中,掺杂的Mn原子以C替位形式和Mn4Si7共存。磁性测试表明,制备的Mn掺杂SiC薄膜具有室温铁磁性,且饱和磁化强度随着Mn掺杂浓度的提高而增加。结论薄膜的室温铁磁性是本征的,磁性来源与掺杂的Mn原子以Mn2+取代SiC晶格中C位后导致的缺陷有关,符合缺陷导致的束缚磁极子机制。     

Cu靶功率和衬底温度对Cu-SiO_2纳米复合膜的相结构与光吸收性能影响

实验利用直流和射频磁控溅射方法交替沉积Cu-SiO2纳米复合膜,研究不同Cu靶功率和衬底温度对纳米复合膜的相结构和光吸收性能的影响。结果表明:随着Cu靶功率的增加,金属Cu纳米颗粒尺寸增大,导致光吸收峰峰位发生红移;随着衬底温度的升高,由于Cu再蒸发效应致使金属Cu纳米颗粒尺寸减小,引起光吸收峰峰位发生蓝移;与室温下沉积态Cu-SiO2纳米复合膜相比,在衬底加热条件下沉积的纳米复合膜在可见光波段出现了明显的表面等离子体共振吸收峰。因此,Cu靶功率和衬底温度对Cu-SiO2纳米复合薄膜的结晶状况和光吸收性能有显著影响。     

椭圆光谱法研究TiO_2薄膜的光学性能

使用直流磁控溅射法,通过改变沉积压强在玻璃衬底上制备了Ti O2薄膜。通过椭圆光谱法研究了Ti O2薄膜的光学性能;利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射对薄膜的表面形貌和结构进行了表征。结果表明:压强的大小在磁控溅射法制备Ti O2薄膜过程中能有效控制其晶粒尺寸、膜厚及薄膜的折射率。压强越大,晶粒尺寸越小,吸收边"蓝移"越明显;薄膜厚度随压强的增大先增加后减小;平均折射率随压强的增大呈下降趋势,消光系数在可见光波段的平均值趋于零。     

Cr/WC/DLC薄膜的多环境摩擦学性能

采用磁控溅射法,在304不锈钢上制备Cr/WC/DLC多层梯度过渡类金刚石薄膜,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、纳米压痕仪、划痕测试仪等分析薄膜的微观结构和力学性能,利用UMT-3多功能摩擦磨损试验机考察其在大气、去离子水、发动机油3种环境下的摩擦学性能。结果表明:该薄膜的多层梯度设计使其膜基间结合力得到了有效改善,且硬度高达32.6GPa,在3种环境下均具有优异的摩擦学性能。在大气环境下,薄膜具有较低的平均摩擦因数,为0.094;但具有3种环境下最大的磨损率,为7.86×10-8 mm3(N·m)-1;在去离子水环境下,薄膜的平均摩擦因数较高,为0.124;而其磨损率较低,为5.26×10-8 mm3(N·m)-1;在发动机油环境下,固-油复合润滑效应使薄膜具有更加优异的摩擦学性能,其平均摩擦因数和磨损率均为3种环境下的最小值,分别为0.065和4.44×10-8 mm3(N·m)-1。     

退火温度对磁控溅射SiC薄膜结构和光学性能的影响

首先采用射频磁控溅射法在单晶Si(100)衬底上沉积制备了SiC薄膜,然后将所制备的薄膜试样分别在600,800和1 000℃氩气氛中退火120 min;采用X射线衍射仪和红外吸收光谱仪分析了薄膜的结构随退火温度的变化,采用荧光分光分度计研究了薄膜的发光性能随退火温度的变化。结果表明:室温制备的SiC薄膜为非晶态,经600℃退火后薄膜结晶,且随着退火温度的升高,薄膜的结晶程度越来越好,并且部分SiC结构发生了由α-SiC到β-SiC的转变;所制备的SiC薄膜在384和408 nm处有两个发光峰,且两峰的强度均随退火温度的升高逐渐变强,其中384nm处的峰源自于SiC的发光,408 nm处的峰源自于碳簇的发光。     

X波段捷变频磁控管的研究

分析了捷变频磁控管在研制过程中关键零部件对磁控管性能的影响,并在设计方面给出了预防措施。