磁控溅射制备铝掺杂氮化铜薄膜的结构及光电性能研究

以高纯铜和铝为靶材,氮气和氩气分别为源气体和工作气体,采用双靶共溅射磁控技术在单晶硅和石英片上制备了铝掺杂氮化铜(Cu₃N:Al)薄膜。对Cu₃N:Al薄膜的表面形貌、晶体结构、光透射性能和电学性能等进行表征、分析。研究结果表明,掺杂Al原子进入Cu₃N晶格空位;随着Al靶的直流溅射功率增大,Cu₃N:Al薄膜中Al含量增加;Al掺杂使得薄膜颗粒尺寸增大,薄膜表面变得粗糙。Cu₃N:Al薄膜表现为半导体特性,其光学带隙范围在1.41-1.80 eV;Al掺杂后,Cu₃N薄膜的光学带隙减小,其原因是掺杂Al原子改变了晶体内非平衡载流子寿命,导致薄膜的光学带隙降低。可见,通过调控Cu₃N薄膜中掺杂金属原子含量,可实现对其光电特性的调制。     

直流磁控溅射制备氮化铜薄膜的热稳定性研究

用直流磁控溅射方法,在氮气分压为0．5Pa、不同的基底温度下,于玻璃基底上制备了Cu3N薄膜。当基底温度为100℃及以下时,温度越高薄膜的结晶程度越好。当基底温度在100℃以上时,随着基底温度的升高,薄膜的结晶程度逐渐减弱,200℃时结晶已很弱,300℃时已完全不能形成Cu3N晶体。薄膜的电阻率随基底温度的变化不大,薄膜的沉积速率随基底温度的升高在18～30nm／min之间近似地线性增大,薄膜的显微硬度随基底温度的升高而略有降低。对基底温度为室温和100℃下制备的氮化铜薄膜进行不同温度下的真空退火,研究了它们的热稳定性。XRD测试表明,薄膜在200℃时开始出现分解,350℃时完全分解。比较在基底温度为室温和100℃下制备的样品,发现室温下制备的氮化铜薄膜比100℃下制备的氮化铜薄膜稳定。     

基底温度对直流磁控溅射制备氮化铜薄膜的影响研究

采用反应直流磁控溅射镀膜法,在氮气分压为0.9Pa、不同基底温度下、玻璃基底上制备了纳米多晶Cu3N薄膜,并研究了基底温度对薄膜结构和性能的影响。结果表明,当基底温度为100℃及以下时,薄膜以[111]方向择优生长为主;在150℃及200℃时,薄膜以[100]方向择优生长为主;250℃时开始出现Cu的[111]方向生长,300℃时已完全不能形成Cu3N晶体,只有明显的Cu晶体。随基底温度的升高,薄膜的沉积速率在13～28nm/min呈U型变化,低温和高温时较高,150℃时最低;薄膜的电阻率显著降低;薄膜的显微硬度先升后降,100℃时显微硬度最大。     

磁控溅射法制备氮化碳薄膜的研究进展

简要评述了磁控溅射法制备氮化碳(CNx)薄膜的研究进展的现状,以及磁控溅射法制备氮化碳(CNx)薄膜过程中工艺参数对薄膜的结构和性能的影响,展望了氮化碳研究的发展趋势.     

氮化铜薄膜的研究

氮化铜(Cu_3N)薄膜是一种新型的电、光学材料,它具有典型的反三氧化铼结构,由于Cu原子没有很好地占据(111)晶格面的紧密位置.在薄膜中掺杂之后,薄膜的电、光学性质会发生显著变化.Cu_3N在较低温度下会分解为Cu和N_2.介绍了Cu_3N的制备方法,总结了该膜制备方法和工艺参数对薄膜结构的影响,分析了在不同N_2分压下薄膜由(111)晶面转向(100)晶面择优生长和薄膜定向生长的原因,讨论了薄膜的电学、光学、热学等物理性质及其在相关方面的应用,并对该膜的物理性质与结构之间的关系作了简要分析.     

磁控溅射法制备低电阻率Ta薄膜研究

在无匹配层、常温、溅射气体为纯Ar的条件下,利用直流磁控溅射法在Si表面制备了Ta薄膜,系统研究了工作气压及直流功率对薄膜电阻率及微观结构的影响。分别用四探针测试仪、X射线衍射仪、原子力显微镜对不同条件下制备的Ta薄膜电阻率、相结构及表面形貌进行表征。结果发现,随溅射气压升高,高阻β相出现,薄膜电阻率随之增大;在相同溅射气压下,随着溅射功率的增加,薄膜电阻率先降低后升高。优化溅射工艺后制得的Ta薄膜的电阻率低至29.7μΩ·cm。     

直流磁控溅射制备PbTe薄膜

采用直流磁控溅射的方式，用PbTe靶材溅射沉积在玻璃基底上得到了PbTe薄膜，薄膜生长速率约为100nm／min，通过控制溅射时间可沉积几纳米到几微米的不同厚度的薄膜。PbTe薄膜是面心立方结构的纤维状生长的薄膜，溅射沉积时间对薄膜的晶粒大小和结构有较大影响，溅射时间越长薄膜的晶粒越大，薄膜结构越致密，具有片层状结构。得到的PbTe薄膜是富Te的P型半导体薄膜，其电阻率随着薄膜厚度的增大而减小。     

氮化铁梯度薄膜的制备

用对向靶溅射仪制备了具有梯度结构的氮化铁薄膜材料．卢瑟福背散射分析结果表明，铁、氮两种原子的密度沿膜厚度方向呈梯度变化．在薄膜中有ζ－Ｆｅ２Ｎ，ε－ＦｅｘＮ（２＜ｘ＜３），γ′－Ｆｅ４Ｎ和α″－Ｆｅ１６Ｎ２等物相．振动样品磁强计测试结果表明部分梯度膜的饱和磁化强度值接近纯铁膜，膜面富铁的梯度样品的矫顽力与基底富铁的梯度样品的矫顽力相差很大。     

氮化铁梯度薄膜的制备和磁性研究

用对向靶溅射方法制行出氮化铁梯度薄膜。利用Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）对样品进行了深度剖面分析，铁原子和氮原子的百分含量沿膜厚方向呈梯度变化。Ｘ射线衍射表明膜中含有α＝Ｆｅ，－Ｆｅ１６Ｎ２，ε－ＦｅｘＮ（２〈ｘ≤３）和δ－Ｆｅ２Ｎ各相。随着氮分压增加，膜中含氮量高的相比例亦增加，饱和磁通密度逐渐降低。     

高速钢上磁控溅射氮化碳薄膜的摩擦学性能研究

采用磁控溅射法在高速钢(HSS)基片上制备了氮化碳(CNx/TiN)复合薄膜,并采用球-盘式摩擦试验法对其摩擦学性能进行了研究.通过分析薄膜的摩擦系数变化曲线,并辅之以薄膜摩擦表面形貌的显微观察分析以及EDS微区成分分析,对薄膜的摩擦学性能进行了表征.结果表明,CNx/TiN复合薄膜与对偶球(Si3N4)之间的摩擦系数约为0.3.具有较好的减摩性能,但复合薄膜的耐磨性能受制备工艺的影响较大.沉积合适的TiN/Ti过渡层可以显著提高薄膜的耐磨性能.薄膜的磨损机理主要为磨粒磨损与黏着磨损以及疲劳磨损相互结合.     

La-doped Copper Nitride Films Prepared by Reactive Magnetron Sputtering

Copper nitride film (Cu3N) and La-doped copper nitride films (LaxCu3N) were prepared on glass substrates by reactive magnetron sputtering of a pure Cu and a pure La targets under N2 atmosphere. The results show that La-free film was composed of Cu3N crystallites with anti-ReO3 structure with (111) texture. The formation of the LaxCu3N films is affected strongly by La, and the peak intensity of the preferred crystalline [111]-orientation decreases with increasing the concentration of La. High concentration of La may prevent the formation of the Cu3N from crystallization. Compared with the Cu3N films, the resistivity of the LaxCu3N films have been decreased.     

Reactive DC Magnetron Sputtering Deposition of Copper Nitride Thin Film

Copper nitride thin film was deposited on glass substrates by reactive DC （direct current） magnetron sputtering at a 0.5 Pa N2 partial pressure and different substrate temperatures. The as-prepared film, characterized with X-Ray diffraction, atomic force microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy measurements, showed a composed structure of Cu3N crystallites with anti-ReO3 structure and a slight oxidation of the resulted film.The crystal structure and growth rate of Cu3N films were affected strongly by substrate temperature. The preferred crystalline orientation of Cu3N films were （111） and （200） at RT, 100℃. These peaks decayed at 200℃ and 300℃ only Cu （111） peak was noticed. Growth of Cu3N films at 100℃ is the optimum substrate temperature for producing high-quality （111） Cu3N films. The deposition rate of Cu3N films estimated to be in range of 18-30 nm/min increased while the resistivity and the microhardness of Cu3N films decreased when the temperature of glass substrate increased.     

氮化铪在蓝宝石衬底上的镀膜研究

利用反应式磁控溅射镀膜系统在蓝宝石衬底上制备了氮化铪(HfxN)薄膜,系统研究了氮气流量fN和镀膜温度Ts对HfxN薄膜的物相组成、晶体结构和电学性质的影响。实验结果表明,在fN=3sccm时,可以在蓝宝石衬底上获得化学计量比接近1的HfxN薄膜,方块电阻为5.24Ω/sq;X射线衍射光谱(XRD)结果显示薄膜为岩盐结构的δ-HfN相;提高镀膜温度可以显著提高HfxN薄膜在蓝宝石衬底上的晶体质量,并且薄膜趋于(111)方向单晶生长;原子力显微镜(AFM)显示薄膜表面平整,均方根粗糙度Rq=0.193nm。     

脉冲磁控溅射氮化铬薄膜及其性能研究

采用新型脉冲磁控溅射技术制备了一系列氯化铬膜，对所制备的不同厚度薄膜进行了AFM和SEM形貌等分析．测定了薄膜的膜基结合强度和硬度，并对薄膜的摩擦学性能进行了研究。结果表明：通过使用铬过渡层可以提高膜基结合强度，镀层厚度对镀层摩擦学性能有影响，膜厚为1200nm的氯化铬膜试样显示出来高硬度、低摩擦系数和良好的抗磨性。     

磁控溅射法制备CNx薄膜及其结构表征

以Ar/N2混合气体作为溅射气体,利用直流磁控溅射的方法制备子碳氮薄膜.利用X射线衍射和红外光谱对碳氮薄膜进行了结构分析.IR光谱证实了薄膜中碳氮化合物的形成,而XRD的检测结果表明,类石墨相g-C3N4是碳氮薄膜中的主要成分,同时有极少量的β-C3N4晶相生成.同时发现,Ar/N2溅射气体的分压对获取β-CsN4有着明显的影响.本实验中,当N2体积分数为33%,碳氮薄膜中β-C3N4晶相的含量最高.     

中频孪生靶非平衡磁控溅射制备氮化硅薄膜及其性能(英文)

本文采用中频孪生靶非平衡磁控溅射技术在不同氮气流量比例的条件下制备出氮化硅薄膜。利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、椭偏仪等研究了氮气流量比率对氮化硅薄膜的微观结构、表面形貌、沉积速率、折射率的影响。结果表明:中频孪生非平衡磁控溅射技术制备的薄膜为非晶态氮化硅。随着氮气流量比率的增加,Si-N键红外光谱吸收带向低波数漂移,薄膜的沉积速率降低,表面结构更为光滑致密,氮化硅薄膜的折射率降低。薄膜的硬度和杨氏模量分别达到22和220GPa左右。