PZT／Si薄膜的扩散反应研究

运用ＸＰＳ和ＡＥＳ研究了ＰＺＴ膜／Ｓｉ在热处理过程中的薄膜及界面化学反应；在热处理过程中，气氛中的气通过ＰＺＴ的缺陷通道扩散到ＰＺＴ／Ｓｉ同旧，并与界面上的硅发生氧化反应形成ＳｉＯ２界面层。同时基底上的硅通过ＰＺＴ的缺陷扩散么样品表面形成ＳｉＯ２表面层。此外，在ＰＺＴ／Ｓｉ界面上，Ｔｉ的氧化物和Ｓｉ发生还原反应，形成了ＴｉＳｉｘ金属硅化物，并残留在ＰＺＴ膜层和和ＳｉＯ２界面层中。在ＰＺＴ膜层内，有     

Pt扩散阻挡层对PZT／Si薄膜化学结构和性能的影响

运用ＸＰＳ和ＡＥＳ研究了Ｐｔ扩散阻挡层对ＰＺＴ薄膜／Ｓｉ界面休学结构和性能的影响：在ＰＺＴ薄膜和Ｓｉ工间增加Ｐｔ扩散阻挡层，可以抑制ＴｉＣｘ物种和ＴｉＳｉｘ物种的形成，促进ＰＺＴ薄膜的形成反应。Ｐｔ扩散阻挡层的存在阻断了氧和Ｓｉ的相互扩散反应，促进ＰＺＴ物种形成钙钛矿型晶体结构，使得形成的ＰＴ薄膜具有和体相材料相摈 电常数和铁电性能。     

金刚石薄膜与基材之间过渡层技术的研究

通过ＴＥＭ观察发现在金刚石膜与单晶硅片，金刚石膜与ＡｌＮ陶瓷之间存在一层过渡层，过渡层的存在为金刚石的形核及生长提供了有利的条件，受此启发，为了改善金刚民基材的结合强度，采用磁控溅射，空心离子镀，真空蒸镀等方法在Ｍｏ片上沉积ＴｉＣ，ＴｉＣＮ（Ｃ／Ｎ＝１／２）ＴｉＣＮ（Ｃ／Ｎ＝１／１０）等薄膜，研究了它们对金刚石膜与基材的结合强度的影响。     

金属／石墨界面扩散反应的AES研究

利用扫描俄歇微探针的深度分析和线形分析，研究了石墨与金属Ｔｉ，Ｃｒ之间的界面状态和相互作用。研究结果表明，样品真空热处理后，在Ｔｉ／石墨、Ｃｒ／石墨薄膜界面上发生了界面扩散和化学反应，生成了ＴｉＣ和Ｃｒ３Ｃ２等金属碳化物物种，促使Ｔｉ，Ｃｒ薄膜与界石墨形成了良好的化学结合状态。     

陶瓷薄膜与金属间的浸润性及其界面的研究

本文在对 ＴｉＮ、ＴｉＣ陶瓷薄膜与金属 Ａｇ、 Ｃｕ、 Ｎｉ、 Ｆｅ间的浸润性测量的基础上，用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、电子探针（ＥＰＭＡ）对其界面进行了观察。结果表明：浸润性较差的Ａｇ、Ｃｕ与ＴｉＮ、ＴｉＣ的界面平整，几乎没有发生相互扩散和化学反应；而浸润性较好的 Ｆｅ、Ｎｉ与 ＴｉＮ、ＴｉＣ的界面有明显的扩散和化学反应现象沿着ＴｉＮ、ＴｉＣ的晶界扩散；薄膜部分甚至全部溶入金属中。ＴｉＣ薄膜与Ｆｅ的界面反应程度大于ＴｉＮ 薄膜。     

基于真空热压扩散法的金刚石/Ti界面生成机制

采用真空热压扩散法在聚晶金刚石表面制备Ti层,探究金刚石表面金属化过程中的界面生成机制。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪,分析了钛层的表面形貌、界面结构和界面间的物相组成,采用能谱仪对界面进行了元素分析,计算了聚晶金刚石与Ti层之间界面的扩散带宽度及生成TiC的化学反应吉布斯自由能变。研究结果表明:在聚晶金刚石表面形成了平整、致密的Ti层,在聚晶金刚石与Ti层界面之间存在C、Ti和Co元素的扩散,在结合界面处产生了一定宽度的元素扩散带,同时在金刚石表面生成了点状TiC。真空热压扩散法实现了金刚石与Ti层的化学结合,可以提高金刚石与Ti层的结合强度。      

镀Ti立方氮化硼（cBN）与玻化SiO2—Na2O—B2O3结合剂的作用

为了防止玻化ＳｉＯ２－Ｎａ２Ｏ－Ｂ２Ｏ３结合剂烧结时对立方氮化硼（ｃＢＮ）的侵蚀，并实现ｃＢＮ晶体与结合剂间的化学键结合，本文用ＤＴＡ、ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＥＰＭＡ等研究了Ｔｉ镀层与ｃＢＮ界面在６００￣１２００℃温度范围的界面反应过程及界面成分结构特征，讨论了镀ＴｉｃＢＮ与结合剂复合体在烧结过程中的成分结构及性能。结果表明：Ｔｉ镀层与ｃＢＮ晶体在６００℃以上，以反应扩散的形式发生界面反应形成ＴｉＮ，８     

镀Ti立方氮化硼（cBN）与玻化SiO_2－Na_2O－B_2O_3结合剂的作用

为了防止玻化ＳｉＯ２－Ｎａ２Ｏ－Ｂ２Ｏ３结合剂烧结时对立方氨化硼（ｃＢＮ）的侵蚀，并实现ｃＢＮ晶体与结合剂间的化学键结合，本文用ＤＴＡ、ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＥＰＭＡ等研究了Ｔｉ镀层与ＣＢＮ界面在６００～１２００℃温度范围的界面反应过程及界面成分结构特征，讨论了镀ＴｉｃＢＮ与结合剂复合体在烧结过程中的成分结构及性能．结果表明：Ｔｉ镀层与ｃＢＮ晶体在６００℃以上，以反应扩散的形式发生界面反应形成ＴｉＮ，８００℃以上形成ＴｉＢ２及ＴｉＢ，这些在ｃＢＮ表面外延生长的难熔化合物使Ｔｉ镀层与ｃＢＮ牢固结合并阻止了结合剂中的碱性组分对ｃＢＮ的侵蚀，镀ＴｉｃＢＮ晶体与结合剂则由低价的氧化钛为中介实现良好结合．     

金刚石用真空混料沉积反应法镀钛的研究

采用真空混料沉积反应方法在金刚石表面制得了Ｔｉ镀层，利用Ｘ射线衍射仪、ＫＹＫＹ－１０００Ｂ扫描电镜等对镀层进行分析测试，结果表明，镀Ｔｉ层与金刚石表面发生界面反应，生成ＴｉＣ－Ｔｉ层。     

PZT/Si薄膜的扩散反应研究

运用XPS和AES研究了PZT薄膜／Si在热处理过程中的薄膜及界面化学反应：在热处理过程中，气氛中的氧气通过PZT的缺陷通道扩散到PZT／Si界面上，并与界面上的硅发生氧化反应形成SiO2界面层。同时基底上的硅通过PZT的缺陷扩散到样品表面形成SiO2表面层。此外，在PZT／Si界面上，Ti的氧化物和Si发生还原反应，形成了TISix金属硅化物，并残留在PZT膜层和SiO2界面层中。在PZT膜层内，有机结碳和钛的氧化物发生还原反应形成了TiCx物种，并存在于PZT膜层中。     

第十七讲薄膜与表面技术基础

6界面与薄膜附着6.1界面层在镀膜工艺中人们经常关心的问题是:能不能在某种材料上沉积所需要的薄膜,沉积薄膜的耐用性如何.如金刚石膜可以在Si硅片上沉积,但为什么不能直接在非常有用的红外材料Ge和ZnS基体上沉积,为什么类金刚石薄膜直接沉积在不锈钢基体上的附着不好.为此,首先需要了解薄膜与基体之间的不同结合的情况和应力产生的原因.薄膜与基体之间总是存在一个界面层,界面层可分为6种不同的形式:(1)力学界面层.     

物理气相沉积薄膜的界面与附着力

近十多年来，气相沉积技术发展十分迅速，无论在理论研究还是应用研究上都取得了丰硕的成果，尤其在PVCD薄膜的附着务方面.研究十分，本文根据有限的资料，初步归纳出：D PVD过程中，膜／基附着力与基体表面活性密切相关，薄膜与基体之间也可以化学吸附形式结合，形成界面化合物，也可借助离子的轰击作用形成结合良好的扩散过渡层，膜／基界面之间不匹配将使附着力下降，可通过设置过渡层（梯度层）的方式加以解决。     

金刚石表面Cr金属化的界面扩散反应研究

利用直流磁控溅射法在金钢石颗粒表面沉积了厚度为１５０ｎｍ的金属Ｃｒ薄膜。ＳＥＭ研究表明在金刚石表面形成的Ｃｒ膜基本均匀,但有小的金属聚集体存在。俄歇深度剖析研究发现,在镀膜过程中Ｃｒ膜和金刚石基底间发生了显著的界面扩工用作用。相应的俄歇线形分析表明,沉积过程中在界面上发生化学反应形成了部分Ｃｒ２Ｃ３物种。溅射沉积功率对金刚石颗粒与金属Ｃｒ膜的界面反应有较大的影响,提高溅射功率可大大促进Ｃｒ元素的扩     

用MCs^＋—SIMS技术研究Ti／Al2O3界面的组分分布

将ＭＣｓ＾＋－－ＳＩＭＳ技术应用扩展到了金属／绝缘体（Ｔ ｉ／Ａｌ２Ｏ３）界面分析。实验表明，选用ＭＣｓ＾＋进行分析时，克服了界面效应，取得了较好的组分分布的分析结果。随退火温度升高（室温，３００，６００，８５０℃）界面逐渐展宽，说明界面两边存在互扩散或发生了反应，且互扩散随退火温度升高而逐渐加强。随着退火温度升高，ＡｌＣｓ＾＋的信号逐步进入Ｔｉ层相应区域中，并形成两层平台，表明Ａｌ逐渐扩散到Ｔｉ     

掺硼金刚石膜的热敏特性

用微波ＰＣＶＤ法将掺硼金刚石膜淀积在Ｓｉ３Ｎ４基片上，用Ｔｉ薄膜作为欧姆接触电极蒸发在金刚石表面上，为防止Ｔｉ在高温下氧化，上面镀上了Ａｕ薄膜，从室温到６００℃范围内测试了这些金刚石膜样的电阻（Ｒ），发现Ｔ＾－１和Ｒ之间呈线性关系，若改变掺硼浓度以及热处理条件可以控制掺硼金刚石膜的热敏特性，结果表明掺硼金刚石膜显示了高的敏感性和好的稳定性，是一咱优良的热敏电阻材料。     

溶胶凝胶法制备的PbTiO3薄膜的表面层

利用Ｘ射线光电子能谱研究了溶胶凝胶法制备的ＰｂＴｉＯ３薄膜表面态。结果表明薄膜表面会出现一层在烧结过程中形成的富含ＰｂＯ的非计量的表面层，厚约４０ｎｍ。薄膜经溅射及空气中６００℃热处理后，其表面转化为化学计量比的ＰｂＴｉＯ３。     

Pt扩散阻挡层对PZT/Si薄膜化学结构和性能的影响

运用XPS和AES研究了Pt扩散阻挡层对PZT薄膜／Si界面化学结构和性能的影响：在PZT薄膜和Si基底间增加Pt扩散阻挡层，可以抑制TiCx物种和TiSix物种的形成，促进PZT薄膜的形成反应。Pt扩散阻挡层的存在阻断了氧和Si的相互扩散反应，促进PZT物种形成钙钛矿型晶体结构，使得形成的PZT薄膜具有和体相材料相近的高介电常数和铁电性能。     

Cu和Cu/Ti过渡层对金刚石薄膜附着力的影响

研究了硬质合金基底上采用Cu和Cu／Ti作过渡层CVD金刚石薄膜的附着力。XRD研究了金刚石薄膜的成分和结构，激光Raman谱和洛氏硬度计评价了金刚石薄膜的质量和附着力。结果表明，在Cu过渡层中引入Ti，由于Ti向生长面的扩散，促进了金刚石的二次晶核，导致晶粒细化。在沉积初期，晶粒细化也提高了金刚石薄膜与基体表面的实际接触面积。微晶金刚石有利于提高薄膜的附着力和抗冲击韧性。     

物理气相沉积薄膜的界面与附着力

近十多年来,气相沉积技术发展十分迅速,无论在理论研究还是应用研究上都取得了丰硕的成果,尤其在PVD薄膜的附着力方面,研究十分活跃。本文根据有限的资料,初步归纳出在PVD过程中,膜/基附着力与基体表面活性密切相关;薄膜与基体之间也可以化学吸附形式结合,形成界面化合物;也可借助离子的轰击作用形成结合良好的扩散过渡层;膜/基界面之间不匹配将使附着力下降,可通过设置过渡层(梯度层)的方式加以解决。     

石英管上SnO2薄膜面功率密度的优化工艺

利用化学喷涂工艺在石英管材上制作SnO2薄膜，成膜时在石英管表面和SnO2薄膜的界面上形成Si扩散层，随着成膜时间、固化温度的改变，Si扩散层的厚度不同，直接影响薄膜电阻率的改变，严重制约着薄膜面功率密度的改善。通过对形成Si扩散机理的3个阶段的分析．找出了Si扩散的主要因素．提出了5项防止Si扩散的控制措施，对批量生产和提高薄膜面功率密度有一定的参考作用。