AISI M2钢上磁控溅射TiN、TiAlN和TiAlVN薄膜的显微结构(英文)

为了研究Al和V掺杂对TiN薄膜微结构的影响,用磁控溅射法在AISI M2高速钢上沉积TiN、TiAlN和TiAlVN薄膜。采用XRD、SEM和TEM对薄膜的显微结构进行表征。结果表明,TiN薄膜中掺杂Al引起了晶格常数的降低,TiAlN中掺杂V则导致晶格常数的增加。另外,TiN、TiAlN和TiAlVN薄膜的生长形态显示,添加Al和V有改善柱状结构的倾向。在TiN、TiAlN和TiAlVN薄膜中鉴定出(111)和(200)晶向,ε(Fe3N-Fe2N)相的存在是因为薄膜中存在少量的Fe。TiAlN和TiAlVN薄膜夹层具有)0101(择优取向。在TiAlN和TiAlVN薄膜中观察到(111)和(200)晶向的织构(柱状)结构,在TiAlVN/M2夹层和回火马氏体之间存在)0101(α-Ti//(110)T.M的位向关系。     

单靶磁控溅射Cu1-xCrx(x=1.19～2.37)薄膜的制备

利用简易合金靶材在Si(100)基底上单靶磁控溅射制备Cu1-xCrx(x=1.19~2.37,摩尔分数,%)薄膜。研究不同名义成分的合金靶材得到的溅射态薄膜的成分、电学性能、组织结构及表面状态。研究结果表明:利用简易合金靶材制备的Cu1-xCrx薄膜成分可控。Cr的加入增强了溅射态薄膜的(111)织构,且随着薄膜厚度的增加,(111)织构增强;855nm厚的Cu-2.37%Cr薄膜的(111)与(200)的峰强比高达8.48;合金元素Cr显著影响溅射态薄膜的表面状态(平整性和致密度)和电阻率;随着Cr含量的增加,前者呈现先升高后下降的趋势,而薄膜电阻增加;Cu-2.18%Cr薄膜由于应力增加局部产生微裂纹,薄膜连续性下降。并从薄膜生长动力学以及自由能的角度对上述结果进行了初步的阐述。     

溅射功率和气压对直流磁控溅射制备钨薄膜的影响

钨薄膜具有高熔点、高导电性、优异的耐化学腐蚀性和强抗辐照性等特性,广泛的应用于微电子、核能工程等领域。由于薄膜的结构和性能对沉积参数具有很强的依赖性,因此控制沉积过程的工艺参数对获得优异性能的钨薄膜至关重要。采用DC磁控溅射技术在硅衬底上制备钨薄膜,探究了溅射功率和气压对钨薄膜沉积速率、电阻率和相结构的影响。采用原子力显微镜、XRD、轮廓仪、四探针电阻测量表征了薄膜的微观结构和电学性能。结果表明,薄膜的沉积速率受溅射功率和气压共同影响,随功率的增加呈线性增加,随溅射气压的增加先达到峰值,然后下降。薄膜的电阻率和表面粗糙度的大小依赖于溅射气压,且随溅射气压的增加而增加,薄膜电阻率的增加可能是由于表面粗糙度的增加导致的。在恒定的溅射功率下,β-W的形成主要取决于溅射气压,几乎所有β-W相都在高溅射气压下形成,然而,当溅射功率足够大,在较高的气压下也会观察到部分α-W相的形成。钨薄膜中特定相结构(α-W/β-W)的形成,不仅取决于沉积气压,还与溅射功率相关,归根可能与入射到基片的原子能量相关。     

双靶共溅射TiB2/Al复合薄膜的结构特征与

为研究高分散陶瓷对金属薄膜的强化作用,通过Al和Ti B2靶磁控共溅射方法制备了不同Ti B2含量的铝基复合薄膜,采用X射线能量分散谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描透射电子显微镜和微力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能。结果表明:在溅射粒子的高分散性和薄膜生长的非平衡性共同作用下,Ti B2靶的溅射粒子被超过饱和地固溶于Al的晶格中,复合薄膜形成的固溶体兼具了置换和间隙2种固溶类型特征。在这种置换和间隙"双超过饱和固溶"的作用下,铝固溶体的晶格产生剧烈畸变,复合薄膜的晶粒在很低的溶质含量下就迅速纳米化,并在晶界区域形成溶质的富集区。随溶质含量的增加,晶界的宽化使复合薄膜逐步形成了极细纳米晶分布于非晶基体中的结构。与此相应,薄膜的硬度迅速提高并在含5.8%Ti B2时达到6.9 GPa的最高值,进一步提高Ti B2的含量,复合薄膜因逐渐非晶态而呈现硬度的降低。研究结果显示了高分散Ti B2的超过饱和固溶对铝基薄膜显著的晶粒纳米化作用和强化效果。     

电沉积Co-Mo-P磁性薄膜的结构及磁性能研究(英文)

通过电化学沉积方法制备了Co-Mo-P磁性薄膜。对电化学沉积速率、薄膜成分、微结构及磁性能进行了研究。结果表明,镀液温度是影响Co-Mo-P电化学沉积的主要因素。薄膜组成对Co-Mo-P的微结构及磁性能有很大影响。当次磷酸钠的浓度从0mol/L增到0.05mol/L时,在XRD图谱上观察到相变。在沉积电流密度为20mA/cm2,沉积温度为40℃,薄膜中P含量为6.05at%([H2PO2-]=0.02mol/L)时,得到的薄膜饱和磁化强度为139(A·m2)/kg,矫顽力为6926Am-1。在此条件下所制备的薄膜具有良好的软磁性。     

O2/(O2+Ar)比对磁控溅射La-Sr-Mn-O薄膜沉积速率的影响

采用直流磁控溅射技术,在不同的O2/(O2 Ar)体积比条件下于Si(100)基片上沉积La-Sr-Mn-O薄膜,结合扫描电子显微分析研究了O2/(O2 Ar)比对薄膜沉积速率的影响.结果表明:薄膜厚度均匀,O2/(O2 Ar)比是影响薄膜沉积速率的重要因素.基体温度和溅射气压较高时,薄膜沉积速率随O2/(O2 Ar)比增加呈抛物线规律下降,O2/(O2 Ar)比由4.4%增加到45.6%,沉积速率减小量可达52.8%;基体温度和溅射气压较低时,薄膜沉积速率随O2/(O2 Ar)比增大呈指数规律下降.薄膜沉积速率下降是由于被溅射原子/离子与氧原子/离子的碰撞几率随氧气含量增加而增大,从而降低了被溅射粒子的能量,使到达基片的粒子数减少.     

含硼、磷添加剂对电沉积CoNiFe软磁薄膜的影响(英文)

采用循环伏安法制备CoNiFe、CoNiFeB和CoNiFeP软磁薄膜。采用SEM、EDS和XRD进行薄膜形貌、成分及相组成分析,应用振动样品磁强计(VSM)测量其软磁性能,并采用电化学阻抗谱(EIS)及极化曲线研究其腐蚀阻力。结果表明,电沉积CoNiFe、CoNiFeB和CoNiFeP软磁薄膜为晶态和非晶态混合体,含硼、磷添加剂可促进非晶相的形成;CoNiFe和CoNiFeB具有纳米结构;含硼添加剂可提高薄膜的致密度和阻力,并使矫顽力从851.48A/m降低至604.79A/m,而磁饱和强度基本不变。含磷添加剂可增加薄膜粒子的尺寸并降低其耐蚀性,并使CoNiFeP薄膜的矫顽力增加至12485.79A/m,磁饱和强度大幅度降低至1.25T。     

反应磁控溅射法高速低温沉积锐钛矿相TiO_2薄膜的结构与光学性能

采用诱导型耦合等离子体辅助直流磁控溅射法在石英玻璃片上反应沉积TiO₂薄膜, 通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见光谱(UV-Vis)对薄膜特性进行表征. 结果表明, 叠加诱导型耦合等离子体和局部富氧增加了等离子体的反应活性, 在金属溅射模式和低于 200 ℃的沉积条件下, 制备了高质量的锐钛矿相TiO₂薄膜; 该薄膜在550 nm处的折射率和消光系数分别为2.51 和7.8×10^-4.     

用熔融织构靶制备的YBa2Cu3O7—δ超导薄膜的微观组织结构

用脉冲激光蒸发熔融织构靶材在SrTiO3(001)单晶基片上制备了YBa2Cu3O7—δ超导薄膜。用X—射线衍射仪、透射电镜和原子力显微镜分别对薄膜的微观结构和表面形貌进行了分析。结果表明，薄膜呈c轴取向，薄膜中产生了一定数量的颗粒状Y203杂相，且具有择优取向，而靶材中所含的Y2BaCuO8相却没有在薄膜中形成，沉积温度升高，有利于[001]取向的Y2O3的形成，但不利于[111]取向Y2O3的形成，与传统的粉末烧结靶相比，用熔融织构靶制备YBa2Cu3O7—δ薄膜可以明显抑制薄膜表面颗粒的形成。     

AZO溅射靶材的热压制备(英文)

按质量比92:2将ZnO和Al2O3粉末采用热压方法制备AZO溅射靶材。研究温度、压力、保温和保压时间等热压工艺条件对靶材相对密度的影响,研究致密化过程中的气孔演化和相结构变化。结果表明:采用分段热压方式,即在压力35MPa下,在温度1050℃和1150℃分别保温保压1h,所制备的AZO靶材具有最大的相对密度99%。在温度为1050℃时,靶材中的闭合气孔率最低;当热压温度低于900℃时,靶材中存在Al2O3相;当温度升高到1000℃以后,Al2O3相消失,但有ZnAl2O4相生成,且ZnAl2O4相随着温度的升高而增加。与无压烧结比较,热压烧结具有烧结温度低、ZnAl2O4相含量低的优点。靶材电阻率随着热压温度的升高和保温、保压时间的延长而降低。在热压温度1100℃、压力35MPa、保温和保压时间10h下制备了电阻率低达3×10-3-Ω·cm的AZO靶材。     

磁控溅射法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜及其性能表征

利用磁控溅射法将Cu/Sn/Zn S前驱体沉积在钙钠玻璃基片上,再通过硫化该前驱体制备Cu2ZnSnS4薄膜。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、能谱仪、霍尔效应测量系统和紫外可见分光光度计研究了Cu2ZnSnS4薄膜的微观结构、表面形貌、化学成分、电学和光学性能。结果表明,CZTS薄膜的微观结构依赖于硫化温度和时间。在480℃硫化3 h的薄膜为沿(112)晶面择优取向生长的纯相CZTS薄膜,该薄膜的禁带宽度是1.51 e V,其电阻率和载流子浓度分别为0.39Ω·cm和4.07×1017cm-3。     

Enhanced adhesion of Cu-W thin films by ion beam assisting bombardment implanting

Cu-W thin film with high W content was deposited by dual-target DC-magnetron co-sputtering technology. Effects of the substrates surface treating technique on the adhesive strength of Cu-W thin films were studied. It is found that the technique of ion beam assisting bombardment implanting of W particles can remarkably improve the adhesive property of Cu-W thin films. Indentation and scratching test show that, the critical load is doubled over than the sample only sputter-cleaned by ion beam. The enhancing mechanism of ion beam assisting bombardment implanting of Cu-W thin films was analyzed. With the help of mid-energy Ar^＋ ion beam, W atoms can diffuse into the Fe-substrate surface layer; Fe atoms in the substrate surface layer and W atoms interlace with one another; and microcosmic mechanical meshing and diffusing combination on atom-scale among the Fe and W atoms through the film/substrate interface can be formed. The wettability and thermal expansion properties of the W atoms diffusion zone containing plentiful W atoms are close to those of pure W or W-based Cu-W film.     

磁控溅射法制备SnS薄膜的结构和光学性能

利用磁控溅射法在FTO玻璃上制备了Sn S薄膜。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和紫外可见分光光度计对不同溅射参数下制备的Sn S薄膜的晶体结构、表面形貌和光学性能进行研究,确定出制备Sn S薄膜的最优溅射参数。结果表明:溅射功率为28 W,沉积气压在2.5 Pa时,制备出的Sn S薄膜在(111)晶面具有最好的择优取向,薄膜微观形貌呈单片树叶状,晶粒粒径约370 nm,晶粒分布均匀,薄膜表面光滑致密;最优溅射参数下制备的Sn S薄膜的吸收系数可达到105cm-1,比其他方法制备的Sn S薄膜的吸收系数值高,禁带宽度为1.48 e V,与半导体太阳能电池所要求的最佳禁带宽度(1.5 e V)十分接近。     

Photocatalytic degradation characteristic of amorphous TiO2-W thin films deposited by magnetron sputtering

TiO2-W films were deposited on the slides by reactive magnetron sputtering. Properties of the films were analyzed via AFM, XRD, XPS, STS, UV-Vis and ellipse polarization apparatus. The results show that TiO2-W films are amorphous. The AFM map reveals that the surface of the film is tough and porous. The experiments of decomposing methylene blue indicate that the thickness threshold on these films is 141 nm, at which the rate ofphotodegradation is 90% in 2 h. And when the thickness is over 141 ran, the rate of photodegradation does not increase any more. This result is completely different from that of crystalloid TiO2 thin film.     

退火Cu-W薄膜组织结构与残余应力

以不同温度真空原位退火工艺为手段，促使制备在单晶Si（100）和Al2O3基底上的Cu-W薄膜发生相变。用X射线衍射（XRD）分析晶体取向，偏振相位移技术分析薄膜残余应力。结果表明，随退火温度变化，薄膜相变呈现连续变化，由初始的非晶态晶化，出现类W的亚稳态固溶体相，以及随退火温度的进一步增加，发生Spinodal分解，亚稳固溶体完全分解为W和Cu两相。薄膜发生相变时产生拉应力作用，而在晶粒生长阶段，拉应力释放。     

Yttria-stabilized zirconia thin films deposited by pulsed-laser deposition and magnetron sputtering

Yttria-stabilized zirconia (YSZ, ZrO₂:Y₂O₃) was deposited on (100) silicon by two physical vapor deposition techniques: pulsed laser deposition (PLD) and reactive magnetron sputtering (RMS). PLD thin films were grown on silicon substrates at 500 °C from the ablation of a 8YSZ ceramic target by a KrF excimer laser. RMS thin films were obtained by direct current magnetron sputtering of a Zr/Y metallic target in an oxygen/argon atmosphere. The deposition rate of the PLD technique using an UV excimer laser delivering pulses at a repetition rate of 40 Hz was found two orders of magnitude lower than the RMS method one. Both techniques led to the growth of crystalline films with a (111) preferential orientation. PLD films were dense and featureless whereas RMS ones exhibited well defined but compact columnar structure. Growth of a YSZ film of about 1 μm covering a rough and porous commercial anode support (NiO-YSZ cermet) was successfully carried out with both methods.     

射频磁控溅射沉积ITO薄膜性能及导电机理

将In2O3和SnO2粉末按质量比1：1热压烧结制成靶材，采用射频磁控溅射制备了高性能的ITO薄膜。实验结果表明：氩气压强对薄膜的电阻率、可见光透射率TVITL有着重要的影响，其最佳值为0．2Pa。ITO膜的方阻、TVIL和颜色与膜厚有着密切的关系。提高基体温度ts可以改善薄膜的性能，在ts为200℃时，ITO薄膜的1k达到90％以上（含玻璃基体），方阻为13．1Ω／□。根据薄膜生长的3个阶段理论，建立了薄膜厚度与电阻率的关系：在ITO薄膜生长过程中，依次出现热发射和隧道效应、逾漏机制以及Cottey模型导电机理。由实验结果求得了临界厚度吐约为48-54nm，AFM表征结果进一步表明ITO薄膜随着厚度增加表现出不同的导电机理和尺寸效应。     

磁控溅射沉积参数对硼碳氮薄膜沉积速率的影响

利用直流磁控溅射技术制备了三元硼碳氮(B-C-N)薄膜,通过改变靶功率、基体偏压、沉积温度和励磁线圈电流,在相同沉积时间内得到不同厚度的薄膜.采用纳米压入仪分析了沉积参数改变对B-C-N薄膜沉积速率的影响规律.结果表明,在低靶功率和高励磁电流的条件下沉积的薄膜,随着靶功率和励磁电流的增加薄膜沉积速率呈线性增长;薄膜的沉积速率随基体偏压的增加呈抛物线状下降;薄膜的沉积速率受基体是否升温影响很大,而受基体所加温度大小影响较小.     

非平衡磁控溅射离子镀Cu-Nb纳米晶薄膜的微观结构及性能

研究了Nb含量对纳米晶Cu-Nb薄膜微观结构和性能的影响。使用非平衡磁控溅射离子镀技术,在具有(100)晶面的单晶Si基体和玻璃基体上制备不同Nb含量的Cu-Nb纳米晶薄膜,研究Nb含量对纳米晶Cu-Nb薄膜微观结构和性能的影响。将样品置于卧式真空退火炉中进行400 ℃退火,用配备了能量色散X射线光谱仪的场发射扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪和四探针电阻率测试仪等分析了退火前后薄膜的微观结构、力学性能与电学性能。结果表明,沉积态Cu-Nb薄膜表面由致密的纳米晶组成,表面粗糙度最高仅为8.54 nm,且无明显的孔洞和裂纹等缺陷。随着Nb含量的增加,薄膜的平均晶粒尺寸下降5 nm,薄膜的硬度也因细晶强化而有所增加,在靶电流为1.3 A时达到最大值4.9 GPa。退火态样品在硬度、弹性模量、平均晶粒尺寸和表面粗糙度方面与沉积态薄膜相比有较小的变化,Cu-Nb薄膜表现出优良的热稳定性。Nb的加入可有效细化晶粒,达到细晶强化的效果,同时Cu-Nb不互溶的特性使得纳米晶薄膜在高温下也可保持较好的热稳定性。Nb靶溅射电流为0.5 A 时薄膜综合性能最佳,此时沉积态Cu-Nb薄膜的电阻率最低,为3.798×10^-7 Ω/m,硬度和弹性模量高达4.6 GPa和139.5 GPa,薄膜厚度为1050 nm,粗糙度R_a为4.70 nm。