ZnO 薄膜包装材料溅射制备工艺与阻隔性能研究

目的为了解决普通聚合物包装塑料对水、氧的阻隔能力不足,以及包装内容物货架时间短等问题,研究氧化锌(ZnO)沉积复合薄膜制备工艺与阻隔性能之间的关系,探索其应用于包装材料的可行性。方法采用射频磁控溅射技术(RF),以ZnO为靶材,在PET塑料表面沉积制备氧化锌薄膜包装材料,并详细分析射频溅射功率、沉积时间与工作气压对ZnO复合薄膜微观形貌、沉积速率以及阻隔性能的影响。结果当溅射功率为150 W,沉积时间为30 min,工作气压为0.8 Pa时,ZnO薄膜均匀且致密,阻隔能力最强,其氧气透过率(OTR)降低为1.23 m L/(m2·d),水蒸汽透过率(WVTR)降低为0.382 g/(m2·d)。与相同厚度下的PET原膜相比,所制备的ZnO高阻隔薄膜的透氧率降低了49.5倍,透湿率降低了17.6倍。结论射频溅射参数通过影响复合薄膜的微观形貌、致密程度、沉积速率以及沉积层厚度等方面对其阻隔能力会产生较大影响。     

磁控溅射制备增透ITO薄膜及其性能研究

用射频磁控溅射法在低温下制备了光电性能优良的ITO(In2O3:SnO2=1:1)薄膜。质量流量计调节氩气压强PAr为0.2～3.0Pa,氧流量fO2为0～10sccm,并详细探讨了溅射时PAr和fO2变化对ITO薄膜光学性能的影响。结果表明:fO2的改变引起薄膜中氧空位浓度变化而影响ITO薄膜折射率n;fO2对ITO靶材表面的溅射阀值和对Ar 散射而改变溅射速率。衬底表面粗糙度对ITO薄膜的折射率测量准确性有较大影响。PAr为0.8Pa,fO2为2.4sccm,薄膜厚度为241.5nm时,nmin=1.97,最大透过率为89.4%(包括玻璃基体),方阻为75.9?/□,电阻率为8.8×10-4?·cm。AFM分析表明薄膜表面针刺很少,表面平整(RMS=3.04nm)。     

非平衡磁控溅射DLC薄膜应力研究

类金刚石（DLC）薄膜可用作红外增透保护膜,高的薄膜残余应力造成薄膜附着力下降是目前应用中存在的主要问题之一。本文从DLC薄膜作为红外增透保护膜的需求出发,采用非平衡磁控溅射技术生长DLC薄膜。实测了薄膜的残余应力,分析研究了薄膜残余应力在不同工艺条件下的变化情况。探讨了薄膜残余应力与薄膜厚度、光学透过率、离子能量、沉积速率以及能流密度之间的关系。研究结果表明,薄膜残余应力平衡值在0．9～2．2GPa之间,相应的单面镀膜样片的透过率在4μm波长处为69％～63％,随工艺的不同而变化。工艺优化后薄膜残余应力显著下降。硅基底上薄膜与基底剥离的力的临界值大于2160GPa．nm,最大薄膜厚度≥2400nm;锗基底上最大薄膜厚度≥2000nm,可以满足整个红外波段的需求。     

固态薄膜电解质LiPON的制备及性能研究

采用Li3PO4为靶材,在高纯N2气氛中通过射频磁控溅射的方法制备了非晶态结构的固态电解质LiPON薄膜.结果表明,在溅射功率150W、工作气压为1.5Pa时,LiPON薄膜离子电导率达3×10-6S/cm,电化学稳定窗口为5V.     

ZnO/SiO2复合薄膜的制备及其阻隔性能研究

目的为了进一步提高氧化锌(ZnO)沉积复合薄膜对氧气的阻隔能力,探索其应用于食品和药品包装材料的可行性。方法采用射频磁控溅射技术(RF),以ZnO和二氧化硅(SiO2)为靶材,在PET塑料表面同时沉积,制备ZnO/SiO2复合薄膜包装材料,并详细分析SiO2的引入对ZnO沉积膜微观结构和阻隔能力的影响,优化ZnO/SiO2的制备工艺。结果SiO2的引入,使ZnO纳米颗粒的形状由片状燕麦变成了球形,当功率密度比PSiO2/PZnO为0.67,氩气流量为20 mL/min,沉积时间为20 min,工作气压为0.5 Pa时,ZnO/SiO2复合薄膜的氧气透过率降低为0.462 mL/(m^2·d),水蒸气透过率有所增加,为0.367 g/(m^2·d)。结论引入合适比例的SiO2,可有效提升ZnO沉积层对氧气渗入的阻隔能力,但SiO2引入量过高时,会加剧纳米裂纹,对复合薄膜的阻隔能力不利。     

磁控溅射制备ZrN_x薄膜离子导体性能研究

采用射频反应磁控溅射工艺,以纯Zr为靶材,在WO3/ITO/Glass基片上采用不同工艺参数沉积ZrNx薄膜,用紫外-可见分光光度计、循环伏安法、X射线衍射仪、扫描电镜等研究了ZrNx薄膜的离子导电性能。研究结果表明,所制备的ZrNx薄膜为非晶态,ZrNx/WO3/ITO/Glass复合膜的光学调节范围最大达57%以上,在离子传导过程中表现出良好的离子导电性能。     

射频磁控溅射SiOx薄膜的制备与阻隔性能研究

利用磁控溅射技术,以SiO2为靶材,Ar为射频源气体,在PET基材上制备SiOx薄膜.研究了不同放电功率、氩气流量、镀膜时间等参数对SiOx薄膜阻隔性能的影响.结果表明:在一定范围内,薄膜的阻隔性能随放电功率的增大而增大,而后逐渐减小;氩气流量对薄膜的阻隔性能也有一定影响;镀膜时间在10min时SiOx薄膜的阻隔性能最好.扫描电镜SEM测试表明,在氩气流量为100cm3/min,镀膜时间10min,1500W放电功率下制备的SiOx薄膜阻隔性能较好、表面较均匀.     

平面射频磁控制射法制备YSZ薄膜及性能

研究了应用射频磁控溅射尖不同基板上制备ＹＳＺ薄膜和工艺条件对其微观结构的影响。结果表明,在清洁的基板上制备的ＹＳＺ薄膜经６００℃以蝗,薄膜表面致密均,无裂纹,薄膜与基板的结合紧密,薄膜具有较高的电导率,完全可以作为固体电解质使用。     

平面射频磁控溅射法制备YSZ薄膜及性能

研究了应用射频磁控溅射法在不同基板上制备ＹＳＺ薄膜和工艺条件对其微观结构的影响。结果表明,在清洁的基板上制备的ＹＳＺ 薄膜经６００ ℃以上热处理后,薄膜表面致密均匀,无裂纹,薄膜与基板的结合紧密。薄膜具有较高的电导率,完全可以作为固体电解质使用。     

离子束增强反应磁控溅射AIN膜的组织结构及光学特性

对离子束增强反应磁控溅射低温沉积 AIN 膜层组织形貌、晶体结构、电子结构及其光学特性进行了研究。结果表明膜层组织均匀,晶粒细小,薄膜 AIN 是呈(002)择优取向的密排六方结构。由于Al-N 键的形成,使 Al 的2p 轨道电子结合能发生2.6eV 的化学位移。薄膜在可见光区域有很高的透射率,在紫外区域300nm 处有很强的吸收峰,在红外600—800cm~(-1)处有个吸收带,通过计算得到了 AIN膜的折射率,禁带宽度和晶格振动力学常数。     

氧化钒薄膜的制备技术及特性研究

采用直流反应磁控溅射法，通过精确控制反应溅射电压优化了氧化钒薄膜的制备工艺。对制备的氧化钒薄膜，利用四探针测试仪检测了薄膜的方阻和方阻温度系数，用X射线光电子能谱（XPS）仪和原子力显微镜（AFM）对薄膜的钒氧原子比和薄膜的微观形貌分别进行了分析和表征。实验结果表明，利用精确控制反应溅射电压法生长出的氧化钒薄膜的性能得到了进一步的提高。     

反应磁控溅射的进展

反应磁控溅射被广泛应用于制备化合物薄膜。本文分析了反应磁控溅射中迟滞效应、靶中毒与打火现象,讨论了提高反应磁控溅射沉积速率、抑制靶面打火与保持溅射过程稳定性的途径。在阐述了近年来反应磁控溅射量新研发进展的基础上,介绍了中频溅射在减反膜、高反膜和低辐射率膜工业化生产中的应用。     

Cu-Zn掺杂对TiN复合膜层组织性能的调制

利用磁控溅射方法在不锈钢表面沉积了Cu-Zn掺杂TiN复合膜, 研究不同的Cu、Zn含量对膜层结构和性能(硬度、耐磨性能以及耐腐蚀性能)的影响. 结果表明, 掺杂的Cu、Zn可以阻止TiN晶粒生长, 随掺杂量增加TiN晶粒细化, Cu、Zn含量比较高时由于金属相长大而使膜层组织粗化. 当Cu≤10.38at%, Zn≤2.19at%时, TiN以(111)晶向择优生长, 且随掺杂量增加TiN(200)晶向逐渐增强. XPS结果表明膜层主要由TiN和单质Cu组成. 当掺杂Cu为10.38at%、Zn为2.19at%时,复合膜具有较高的硬度和较好的耐磨性能. 尽管耐腐蚀性能随着Cu、Zn含量的增加而下降, 但少量的Cu-Zn掺杂可显著提高膜层钝化能力.     

纳米硅薄膜及磁控溅射法沉积

纳米硅薄膜具有卓越的光学和电学特性,其在光电器件方面潜在的应用越来越引起人们的兴趣.讨论了用磁控溅射法制备纳米硅薄膜的微观机理及沉积参数对薄膜结构和性能的影响.其中,氢气分压、基片温度、溅射功率是磁控溅射法沉积纳米硅的关键参数,适当的温度、较高的氢气分压和较低的溅射功率有利于纳米硅的生成.     

Effect of Cu layer thickness on the structural, optical and electrical properties of AZO/Cu/AZO tri-layer films

Highly conducting AZO/Cu/AZO tri-layer films were successfully deposited on glass substrates by RF magnetron sputtering of Al-doped ZnO (AZO) and ion-beam sputtering of Cu at room temperature. The microstructures of the AZO/Cu/AZO multilayer films were studied using X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and atomic force microscope (AFM). X-Ray diffraction measurements indicate that the AZO layers in the tri-layer films are polycrystalline with the ZnO hexagonal structure and have a preferred orientation with the c-axis perpendicular to the substrates. With the increase of Cu thickness, the crystallinity of AZO and Cu layers is simultaneously improved. When the Cu thickness increases from 3 to 13 nm, the resistivity decreases initially and then varies little, and the average transmittance shows a first increase and then decreases. The maximum figure of merit achieved is 1.94 × 10⁻² Ω⁻¹ for a Cu thickness of 8 nm with a resistivity of 7.92 × 10⁻⁵ Ω cm and an average transmittance of 84%.     

Magnetic properties of NiFe2O4 thin films grown on La0.7Sr0.3MnO3-buffered Si substrate

Nickel ferrite NiFe₂O₄ (NFO) thin films have been prepared on a Si substrate (NFO/Si) and La_0.7Sr_0.3MnO₃ (LSMO)-coated Si (100) substrate (NFO/LSMO/Si) by RF magnetron sputtering. The microstructures and magnetic properties of the two films were systematically investigated. X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM) revealed that highly (331)-oriented NFO films with a smooth surface were grown on the LSMO/Si substrate. The magnetization of the films was measured at room temperature. It showed a clear hysteresis loop in both samples, with the magnetic field applied in the plane. However, no hysteresis loop is seen with the magnetic field applied perpendicular to the film plane. This indicates the presence of an anisotropy favoring the orientation of the magnetization in the direction parallel to the film plane. A study of magnetization hysteresis loop measurements indicates that the LSMO buffer layer may improve the magnetic properties of NFO thin films, and that the saturation magnetization increases from 4.15 × 10⁴ to 3.5 × 10⁵ A/m.     

溅射功率对Ca2Si薄膜性质的影响

采用射频磁控溅射技术在Si（100）衬底上沉积了si-ca-si薄膜，并在高真空条件下对样品进行退火处理，直接生成立方相Ca2Si薄膜。研究了不同溅射功率对薄膜的晶体结构、表面（断面）形貌的影响，并对其光学性质进行了测试分析。结果表明：Ca2Si薄膜为立方结构且具有沿（111）向择优生长的特性，当溅射功率为120W时，Ca2Si薄膜变的均匀、致密，在400-800nm波长范围内，溅射功率对折射率n和吸收系数k的影响较小。