基底晶态对HfO_2薄膜晶向结构和力学特性的影响

用电子束蒸发技术在晶体及激光陶瓷两种基底上沉积了氧化铪(HfO_2)单层膜,采用掠角X射线衍射(GIXRD)技术和纳米划痕仪对薄膜的晶向结构和力学特性进行了研究。实验结果表明,HfO_2薄膜在单晶晶体和多晶陶瓷基底上均呈现多晶态结构,均呈(020)面择优生长,陶瓷基底上薄膜的择优取向更明显。膜基结合较差的晶体-HfO_2体系上薄膜的衍射峰较多,膜基结合较好的陶瓷-HfO_2体系上薄膜的衍射峰较少。对比两个基底和其上薄膜的X射线衍射(XRD)结果发现,晶体基底的单晶结构与其上薄膜的多晶结构晶态差异较大,导致其膜基间有较大的残余应力,所以其膜基结合力也较差,这种弱结合力导致基底对薄膜的束缚作用较小,其上薄膜具有更多的衍射峰;陶瓷基底的多晶结构与其上薄膜的多晶结构差异较小,导致其上薄膜的择优生长更强,更有效地消除了残余应力,所以陶瓷-HfO_2体系的膜基结合力较晶体-HfO_2体系好,这种较强的结合力限制了薄膜向更多HfO_2晶向的发展,其上薄膜衍射峰较少。