离轴倾角磁控溅射生长氧化锌薄膜及其物性研究

宽禁带半导体ZnO具有高激子束缚能(60MeV)、低生长温度和低成本等诸多优势,是一种理想的紫外光电材料.作为光电器件的核心部分,薄膜质量是影响器件性能和表现的关键.因此,高质量ZnO薄膜的制备具有重要研究意义.相比于分子束外延和金属有机化学气相沉积等薄膜生长方法,磁控溅射技术具有明显的成本优势,并且适于大尺寸薄膜的生长,是薄膜生长工业中利用率最高的一种技术手段.采用新型共溅射磁控溅射系统,以离轴倾角溅射方式在硅基片上沉积一系列ZnO薄膜,探究了溅射功率和生长气氛等主要工艺参数对ZnO薄膜的形貌、结构和发光等物性的影响.     

溅射功率对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响

室温下,以质量分数 99.99% 的氧化锌陶瓷靶为溅射源,利用射频磁控溅射技术在石英衬底上 沉积氧化锌薄膜,通过 X 射线衍射仪、薄膜测厚仪、紫外 - 可见分光光度计、X 射线荧光光谱仪进行测试 和表征,研究了溅射功率（120~180 W,功率步长为 20 W）对 ZnO 薄膜微结构及光学性能的影响。结果表明： 所制得薄膜均在 34.3°附近出现 (002) 面衍射峰,呈现 c 轴择优生长,为纤锌矿结构;随着功率的增加,薄 膜折射率有不同程度的变化,波长范围为 190~368 nm 的紫外光区域平均透过率小于 10%,可见光区域平均 透过率大于 90%,在 368 nm 附近出现陡峭的吸收峰;溅射功率为 160 W、氩气气压为 0.5 Pa,氩气流速为 8.7 mL/min,沉积时间为 60 min,制备所得的氧化锌薄膜晶粒尺寸最大,晶粒取向性较好,薄膜结构致密, 具有较佳的结晶质量和光学性能。     

生长温度对掺钛氧化锌薄膜光学性质的影响

以氧化锌钛陶瓷靶作为溅射源,采用磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了掺钛氧化锌(TZO)透明导电薄膜,通过X射线衍射仪和分光光度计测试表征以及全光谱拟合法分析,研究了生长温度对TZO薄膜晶体结构和光学性质的影响.结果表明:所有TZO样品均为六角纤锌矿结构,并具有(002)择优取向,生长温度对薄膜晶粒尺寸和光学透射率的影响较明显,而对折射率、消光系数和光学能隙的影响较小.当生长温度为200℃时,TZO薄膜的晶粒尺寸最大,可见光范围平均透射率(含衬底)为76.1%,对应的直接光学能隙为3.45 eV.     

射频功率对Cu/Ag导电薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射工艺以Cu／Ag合金为靶材在高阻半导体Cd1-xZnxTe上制备导电薄膜。系统地研究了溅射功率对沉积速率、薄膜电阻率、组织形貌及接触性能的影响。结果表明，沉积速率随溅射功率的增加呈线性增加，薄膜电阻率随功率增大而增大。电流-电压关系（I—U）测试表明在高阻Cd1-xZnxTe上溅射Cu／Ag薄膜后不经热处理已具有良好的欧姆接触性，溅射功率为100W时的接触性能好于功率40W时的接触性能。     

射频磁控溅射制备的CdSe薄膜的光电学性质

采用射频磁控溅射技术在不同溅射功率下制备了CdSe薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能量色散X射线光谱仪(EDAX)、紫外可见近红外(UV-VIS-NIR)分光光度计和霍尔效应测试仪研究了溅射功率对薄膜的结构和光电学性质的影响.研究表明：增加溅射功率有利于增强薄膜的结晶性能;随着溅射功率的增加,薄膜的光学带隙和电阻率逐渐减小,载流子浓度逐渐增加,即薄膜的光电性能不断增强.该研究结果可为CdSe薄膜在光电器件方面的应用提供参考.     

衬底温度和氧分压对ZAO薄膜结构 及光学性能的影响

采用直流磁控溅射技术,以氧化锌铝陶瓷靶为靶材,在玻璃衬底上制备了ZnO∶Al(ZAO)薄膜,研究了不同工艺参数对薄膜晶体结构及光学性质的影响.实验结果表明:ZAO薄膜具有六角纤锌矿结构且呈c轴择优取向,晶粒垂直于衬底方向柱状生长,衬底温度和氧分压对薄膜的结构和光学性能有重大影响.在衬底温度为200 ℃、氧氩分压比为1%时,薄膜结晶性能最好,平均透射率可达86.5%.     

涤纶表面TiO2薄膜的制备及抗紫外线性能研究

通过磁控溅射将二氧化钛（TiO₂）沉积在涤纶织物表面形成薄膜,制备二氧化钛/涤纶（TiO₂/PET）抗紫外线功能织物,探讨制备过程中磁控溅射时间和溅射功率对织物抗紫外线功能的影响,分析TiO₂薄膜的紫外线吸收和屏蔽机理,同时检测织物隔热、热稳定性能的变化情况. 结果表明:在PET织物表面沉积TiO₂薄膜可改善织物的抗紫外线性能,归因于TiO₂薄膜对紫外光较好的吸收和对紫外可见光有效的屏蔽能力;且因TiO₂薄膜在溅射150 W以上的功率下粗糙度增加、厚度减少,当溅射功率为150 W,溅射时间为90 min时,TiO₂/PET织物具有较强的抗紫外线能力,其紫外线防护系数（Ultraviolet Protection Factor,UPF）达到1211.19;同时,TiO₂薄膜的沉积赋予了PET织物良好的热稳定性能和隔热性能.     

磁控溅射CdTe薄膜的光电学特性

采用射频磁控溅射方法在玻璃和Si(111)衬底上制备了碲化镉(CdTe)薄膜,并研究了溅射功率对薄膜的结构、光学和电学性能的影响.X射线衍射分析表明,所有样品均沿(111)面择优取向; 平均晶粒尺寸随溅射功率的增加而增加,即从73.0 nm(70 W)增加到123.6 nm(110 W).紫外 - 可见 - 近红外光谱分析表明, CdTe薄膜在可见光范围内具有较高的吸光度; 薄膜的带隙随着溅射功率的增加而减小,最小值为1.38 eV.CdTe薄膜的导电性随溅射功率的增加而明显增强,当溅射功率为110 W时电阻率仅为21.5 Ω?cm.该研究结果可为制备高导电性和高吸收率的半导体薄膜提供参考.     

沉积温度对ZnO薄膜结构和光学性能的影响

采用RF磁控溅射法，在单晶硅衬底上生长出高质量的（002）晶面取向的ZnO薄膜．利用X射线衍射分析（XRD）、原子力显微镜（AFM）、光栅光谱仪等技术研究了沉积温度对ZnO薄膜的结构、应力状态、表面形貌和发光性能的影响．研究结果表明，在射频功率为100W时所制备的ZnO薄膜当沉积温度为500℃时能获得最佳的c轴取向和最小半高宽，此时ZnO薄膜具有较小的压应力和较好的紫外发光性．     

氧氩比和退火温度对AZO薄膜结构与性能的影响

在通氩气和不同比率氧氩混合气体的条件下,利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备铝(Al)掺杂氧化锌(AZO)薄膜(溅射功率为180W,衬底温度为300℃),并对部分薄膜样品进行400℃或500℃退火处理.采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和分光光度计对薄膜的结构、表面形貌和光学性能进行测试研究.结果表明,制备的所有薄膜均呈现(002)晶面择优生长;与氩气溅射相比,当采用氧氩混合气体溅射时,生长的AZO薄膜晶粒尺寸显著增大;退火处理使2类薄膜的表面粗糙度都明显减小,晶粒也有所增大(7%~13%).其中,在氧氩比为1∶2的混合气体中制备的薄膜,经过500℃退火后,晶粒尺寸最大(39.4nm),薄膜表面更平整致密,在可见光区平均透过率接近最大(89.3%).     

磁约束磁控溅射源的工作特性测试

为了提高靶材利用率,将磁约束原理应用在磁控溅射技术中,设计了一款直流矩形平面磁控溅射源.测量了磁约束磁控溅射源原理样机靶面磁场强度,研究了不同工作真空度下的伏安特性以及磁控溅射电源工作在不同模式下靶电压与工作真空度之间的关系,确定了磁控溅射源正常工作时的最佳工艺参数,为磁约束磁控溅射源原理样机的结构改进提供依据.实验表明:磁控溅射靶稳定工作的电压范围是300~700 V,靶电流可达到1.2 A,最高工作真空度为2 Pa.     

真空溅射氮化钛的研究

本文借助三极反应溅射TiN炉,研究了高速钢刀具进行真空溅射TiN时,其TiN沉积层厚度、残余应力、基体硬度等特性随不同沉积时间的变化规律;同时初步分析了间断溅射对沉积层形态的影响。研究证明:采用真空溅射沉积TiN的高速钢工模具可显著地提高使用性能,具有明显的经济效益。     

磁控溅射制备五氧化二钒薄膜及其透射率研究

采用直流磁控溅射方法在普通玻璃衬底上制备五氧化二钒薄膜。研究氧氩比、溅射功率、衬底温度和溅射时间对氧化钒薄膜结构的影响。XRD测试结果表明,实验均制得了纯相的五氧化二钒,没有出现其他的钒氧化物相。对制备的薄膜进行了透射率测试,并对结果做了分析。结果显示,在室温下,溅射功率为250W,溅射时间为10min,氧氩比为1∶100的条件下,薄膜的结晶度最好且具有较高的透射率。     

磁溅镀膜轴承新材料的研究

随着造船和汽车工业的发展，人们对发动机的功率和转速指标要求越来越高，因而对轴瓦、衬套等耐磨零件的服役性能要求也越来越荷刻，因此必须寻找新的性能优良的耐磨材料和涂层技术以改善轴承材料的摩擦学性能、耐磨性能、承载能力及适应性。利用国产设备，通过理论探索和实验研究，创造出一种微观结构优良的轴承材料，并获得了磁溅 工艺参数，试制的涂层轴瓦材料性能已基本达到了美巴公司产品的性能指标。关于通过磁控溅射镀膜技术获得的AlSn20镀膜的组织结构及性能的研究，为进一步开展新型轴承材料的研制奠定了基础。     

射频磁控溅射制备类金刚石薄膜

采用射频磁控溅射法在Si和Ti合金基体上沉积出类金刚石(DLC)薄膜.利用拉曼光谱仪、划痕仪和扫描电子显微镜分析了DLC薄膜的结构、膜基附着力和表面形貌.结果表明:射频磁控溅射法能够制备出表面平整、结构致密的DLC薄膜;同时基体材料的不同不会影响DLC薄膜的键合结构,Si基体上涂层附着力为30N,Ti基体上膜基结合力大于40 N.     

溅射法制备SmS薄膜的XRD研究

分别采用Sm2S3的单靶溅射法和Sm—Sm2S3的双靶溅射法，于单晶Si基板上制备了常温常压下稳定存在的S—SmS和M—SmS微晶薄膜，并采用卢瑟福背散射仪及薄膜X—射线衍射仪系统地研究了基板温度和溅射功率对薄膜微晶结构的影响规律。     

Sputtering preparation and magneto-optical properties of GdTbFeCo thin films

Amorphous GdTbFeCo magnetic thin films were successfully prepared on glass substrates by RF magnetron sputtering system from a mosaic target.The influences of sputtering parameters on the magneto-optical properties GdTbFeCo thin film were investigated by the variable control method.And the influence mechanism was analyzed in detail.After the sputtering parameters were optimized,it was found that when the distance between target and substrate was 72 mm,the thin film thickness was 120 nm,and the sputtering power,sputtering pressure and sputtering time was 75 W,0.5 Pa and 613 s,respectively,the coercivity with perpendicular anisotropy could be as high as 6735 Oe,and the squareness ratio of the hysteresis loop was almost equal to 1.     

磁控反应溅射沉积AlN薄膜的制备工艺

采用反应磁控溅射的技术,利用高纯氮气和氩气混合气体在K9玻璃基片上沉积了AlN薄膜.通过正交实验,分析了工艺参数与沉积速率的关系.研究了氮气浓度对透过率的影响.实验结果表明:在各工艺参数中靶功率对沉积速率影响最大,靶功率为1.0 kW,氮气浓度控制在25%～35%时薄膜的性能良好,沉积速率为39 nm/min,薄膜在可见光区域平均透过率为90%.该薄膜可以广泛用于光学薄膜和压电薄膜材料.     

Characterization of Hydroxyapatite Film on Titanium Substrate by Sputtering Technique

Radiofrequeut magnetron sputtering technique was used to produce calcium phosphate coated on the titurdum substrates, and the sputtered coating films were crystallized in an autoclave at 110℃ using a low temperature hydrothermal technique. The crystallization of as-sputtered coating film on the titanium substrates were amorphous calcium phosphate film. However, after the hydrothermal technique, calcium phosphate crystals grew and these were cohumnar crystal. The Ca/P ratio of sputtered coating films in 1.6 to 2.0.     

Microstructure and Mechanical Property of Magnetron Sputtering Deposited DLC Film

A diamond-like carbon (DLC) film was deposited on YT14 substrate using magnetron sputtering (MS). The surface morphologies, roughness and bonding spectra of obtained film were characterized using scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), respectively, and its mechanical property and bonding strength were measured using a nanoindentation and scratch tester, respectively. The results show that the C-enriched DLC film exhibits a denser microstructure and smoother surface with lower surface roughness of 21.8 nm. The ratio of C sp2 at 284.4 eV that corresponds to the diamond (111) and the C sp3 at 285.3 eV that corresponds to the diamond (220) plane for the as-received film is 0.36: 0.64, showing that the C sp3 has the high content. The hardness and Young’s modulus of DLC film by nanoindentation are 8.534 41 and 142.158 1 GPa, respectively, and the corresponding bonding strength is 74.55N by scratch test.