室温下反应磁控溅射沉积氧化钛薄膜光学性能和力学性能研究

目的通过对比不同溅射功率和氧气分压下氧化钛薄膜性能的变化规律,分析其力学性能和光学性能的关系。方法在室温条件下,采用直流反应磁控溅射技术在K9玻璃基底上沉积TiO_2薄膜,通过紫外可见红外分光光度计和椭偏仪对薄膜的光学特性进行分析,通过微纳米压痕技术对薄膜的力学性能进行表征。结果在给定工艺参数范围内,薄膜的光学折射率与纳米硬度和弹性模量正相关,随着溅射靶功率的增大,所制备薄膜的折射率、纳米硬度和弹性模量随之增大,而薄膜的光学带隙则随着溅射功率的增大而下降。同时,O_2流量对薄膜的光学性能和力学性能的影响更明显,在较低O_2流量条件下(Q(Ar)/Q(O_2)=10/1),所制备薄膜的折射率减小而光学带隙变大,随着O_2流量进一步减少(Q(Ar)/Q(O2)=20/1),薄膜的折射率增大而光学带隙减小,但薄膜的纳米硬度和弹性模量随O_2流量的减少而下降。结论磁控溅射沉积TiO_2薄膜的折射率与其光学带隙反向相关,而仅在适量氧气条件下所制备的薄膜的力学性能与光学特性有相关性。     

Mo电极上磁控反应溅射AlN薄膜

采用射频反应磁控溅射法在Mo电极上沉积了AlN薄膜.研究了溅射气压、靶基距、溅射功率、衬底温度及N_2含量等不同工艺条件对AlN薄膜择优取向生长的影响.用XRD分析了薄膜的择优取向,用原子力显微镜、高分辨场发射扫描电镜表征了薄膜的形貌.实验结果表明,靶基距和溅射气压的减小,衬底温度及溅射功率的升高有利于AlN(002)晶面的择优取向生长.氮氩比对AlN薄膜择优取向生长影响较小,N_2≥50%(体积分数)时均可制得高c轴择优取向的AlN薄膜.经优化工艺参数制备的AlN柱状晶薄膜适用于体声波谐振滤波器的制备.     

直流磁控溅射技术在柔性基底上制备光电屏蔽薄膜的研究

目的 研究离子束清洗活化和直流磁控溅射工艺参数对聚酰亚胺-铝薄膜光电性能的影响,确定最佳的制备工艺参数.方法 单一改变离子束活化工艺参数(离子源功率、气体流量和走带速率)和磁控溅射控制参数(真空度、离子能量、离子束流、温度、气体流量、走带速率及走带张力),研究薄膜吸收率、附着力和薄膜外观变化规律.借助扫描电镜、光学仪器和电磁信号测试设备,对最佳工艺条件下制备的薄膜的形貌、透过率、电磁信号衰减频率进行了测试.结果 在离子源功率为1260 W、气体流量为120 mL/min、走带速率为0.3 m/min,镀膜辊温度为10℃,溅射功率为10000 W的条件下,制备的聚酰亚胺-铝光电屏蔽膜太阳吸收率最小为0.09,膜层附着力强,没有异常放电现象,表面光滑.铝在微观状态下呈现微小颗粒状态,表面致密.在0.4～14μm波段范围内,薄膜透射率<3.5％;在3～15 GHz频率范围内,薄膜电磁信号衰减率>30 dB.结论 通过直流磁控溅射技术制备的聚酰亚胺-铝光电屏蔽膜具有优异的光学性能和电磁屏蔽性能,在热控薄膜、屏蔽膜等领域具有广泛的应用前景.     

Nd-Fe-B薄膜的磁控溅射法制备与组织结构

对直流磁控溅射法制备Nd-Fe-B薄膜工艺进行了研究.在不同的溅射功率、溅射气压、溅射时间等条件下制备薄膜,并对薄膜进行了AFM、XRD分析.结果表明,Nd-Fe-B薄膜的沉积速率、表面形貌及相结构与溅射功率、溅射气压、溅射时间密切相关.薄膜的沉积速率随磁控溅射功率的增加而增加,薄膜表面晶粒尺寸和表面粗糙度随溅射功率增加而增大.沉积速率随溅射气压的升高先增大后减小.低功率溅射时,薄膜中出现α-Fe、Nd2Fe14B相相对较少,随溅射功率增加,α-Fe相消失,Nd2Fe14B相增多.综合考虑各种因素,最佳溅射功率为100～130 W.     

磁控溅射技术制备二氧化钛薄膜研究进展

磁控溅射技术具有溅射速率高、膜基结合力好、易实现工业化生产等技术优势,在二氧化钛薄膜制备方面具有显著优势,但磁控溅射参数对二氧化钛薄膜结构和性能的影响显著,如何通过控制和优化磁控溅射参数,获得高性能二氧化钛薄膜已成为目前的研究热点。概述了不同晶型二氧化钛的结构特点、物理性质和磁控溅射制备二氧化钛薄膜的工作原理,指出成膜过程中的溅射功率、溅射气压、溅射时间、沉积温度和氧分压等是影响薄膜结构和性能的主要因素,并详细阐述了上述五种工艺参数对二氧化钛薄膜沉积速率、膜层厚度、表面粗糙度、相组成和光催化性能等的影响规律和作用机制。此外,还对其他影响薄膜结构和性能的关键因素及影响规律进行了介绍,包括退火温度对膜层组织转变影响的规律,金属元素掺杂和非金属元素掺杂对膜层形貌和性能的影响,以及不同溅射靶材特点及其对成膜过程的影响。最后提出未来磁控溅射技术制备二氧化钛薄膜的研究难点,并对二氧化钛薄膜的下一步研究方向进行了展望。     

磁控溅射法制备PZT基SMA/PZT异质复合材料

采用直流磁控溅射法在PZT基体上溅射沉积NiTiSMA薄膜,而制备出PZT基NiTii SMA/PZT异质复合材料.研究了溅射工艺参数与晶化温度对NiTi SMA薄膜相组成及SMA/PZT异质复合材料膜/基间结合状态的影响规律.结果表明,为保障NiTi SMA薄膜的晶体颗粒均匀、结构致密,膜/基间成分交换范围小及结合紧密,制各NiTi SMA/PZT异质复合材料的适宜工艺为:于基体温度150℃、氩气压强0.7 Pa条件下溅射沉积NiTi SMA薄膜,再经600℃二次晶化处理.显微观察发现,NiTi SMA薄膜与PZT基体之间以化学方式,而非物理方式结合.     

氮气流量对类富勒烯碳氮薄膜结构及力学性能的影响

目的在9Cr18钢表面制备类富勒烯碳氮薄膜,提高9Cr18钢表面强度。方法采用非平衡直流磁控溅射技术,在沉积温度为300℃的Ar和N2混合气氛中溅射C靶,制备类富勒烯CNx薄膜。利用XPS、Raman光谱、SEM研究了类富勒烯CNx薄膜的微观结构,利用纳米压痕仪和球盘摩擦试验机研究了CNx薄膜的力学性能和摩擦学性能。结果类富勒烯CNx薄膜中存在sp2 C—C、sp2 N—C和sp3 C—N化学键,类富勒烯结构的CNx薄膜的ID/IG比值较高且G峰向低峰位移动。随着氮气流量的增加,薄膜的硬度和弹性恢复系数先增大后减小,薄膜的硬度和弹性恢复系数越高,其磨损率越低。结论氮气流量为10 m L/min时制备的CNx薄膜具有较高的硬度和弹性恢复系数以及较低的摩擦系数和磨损率。在9Cr18钢表面制备类富勒烯碳氮薄膜能显著提高其表面强度。     

磁控溅射工艺参数对钛钨合金膜电阻温度特性的影响

采用直流磁控溅射方法在载玻片上制备钛钨合金热敏感薄膜,测试了所制备的钛钨合金热敏薄膜在不同温度下的方块电阻,并根据测试曲线计算薄膜的电阻温度系数(TCR)。研究了工作气压、氩气流量以及溅射电流对钛钨合金膜TCR的影响,获得了最佳沉积工艺参数,即:溅射电流0.32A,工作气压0.8Pa,氩气流量60cm3/min。在此参数下制备的钛钨合金膜TCR为0.2%/K。测试结果也表明钛钨合金膜的时间稳定性好。     

钼合金磁控溅射镀镍薄膜工艺及后续热处理

目的优化钼表面直流磁控溅射镀镍薄膜的工艺,提出后续热处理方法。方法设计正交实验,探究溅射功率、溅射气压、负偏压和沉积时间对镍薄膜沉积速率和附着力的影响,从而优化工艺参数。利用扫描电镜和平整度仪对最佳工艺参数下制备的薄膜的组织结构进行表征,并研究后续热处理对薄膜附着力的影响。结果工艺参数对镀镍薄膜沉积速率影响的主次顺序为:功率溅射气压负偏压;对薄膜附着力的影响主次顺序为:负偏压沉积时间功率溅射气压。随溅射功率增大,沉积速率增大,薄膜附着力先增后减;随溅射气压增大,沉积速率和薄膜附着力均先增后减。负偏压增大对沉积速率影响较小,但有利于提高薄膜附着力。随沉积时间延长,薄膜附着力降低。在氢气气氛下进行850℃×1 h的后续热处理,能够促进扩散层的形成,明显提高镍薄膜的附着力。结论最佳镀镍工艺参数为:溅射功率1.8 k W,溅射气压0.3 Pa,负偏压450 V,沉积时间10 min。在该条件下制备的镍薄膜厚度达到1.15μm左右,与基体结合紧密,表面平整、连续、致密。后续增加热处理工序是提高镍薄膜附着力的有效方法。     

反应磁控溅射制备的Cr-N薄膜的成相行为

采用反应磁控溅射在不锈钢衬底上制备Cr-N薄膜，并研究了基片温度、氮气分压和溅射功率变化对薄膜相组成的影响。结果表明，基片温度升高使薄膜由单一的CrN相变成CrN和Cr2N两相共存，同时使有效的沉积速率下降；在基片温度为373K、溅射功率约45W时，氮气和氩气流量比在1：4到3：2的范围内变化时，薄膜的相组成几乎没有明显的变化；过高的溅射功率使薄膜以非晶态的形式存在。热处理后的Cr-N薄膜通常有CrN和Cr2N两相共存。     

大气等离子喷涂Al2O3-3%TiO2涂层的性能

利用两种中频交流磁控溅射电源,溅射Al2O3含量为2%的两块氧化锌铝陶瓷靶材,在不同衬底温度的条件下制备得到了ZAO薄膜。研究了不同衬底温度条件下不同靶材和溅射电源对ZAO薄膜结构、电学和光学性能的影响。结果表明,制备得到的ZAO薄膜均具有c轴择优取向生长的晶体结构,在衬底温度为240℃时,得到的ZAO薄膜的电阻率低至1.4×10-3Ω·cm,可见光平均透过率在82%以上。     

Fabrication of amorphous silicon films for arrayed waveguide grating application

Amorphous silicon (a-Si) optical films were deposited on a silicon substrate by ICP-PECVD at the temperature of 300 °C, using argon (Ar) and silane (SiH₄) as gas precursors, with the influences of precursors' flow rate, RF power and operating vacuum pressure on the optical properties and microstructure evolutions of a-Si films as the object of our investigation in this study. Optical characteristics of a-Si films indicated that optimum refractive index and extinction coefficient at 1550 nm wavelength can be achieved by using the process parameters of argon/silane flow rate of 400 sccm, RF power wattage of 40 W with an operating vacuum pressure of 60 Pa, respectively. Microstructure evolutions show that the few defects and silicon nano-crystallized structures existing in a-Si films might increase the extinction coefficient. We strongly suggest adopting the optimum process parameters and thermal annealing to fabricate a rib-type a-Si arrayed waveguide grating device with 8 channels and 1.6 nm channel spacing; and its coupling loss and propagation loss were about − 0.74 dB and − 0.14 dB/cm, respectively.     

Effects of vacuum plasma spray processing parameters on splat morphology

Several statistical tools (i.e., Gaussian and Weibull distribution analyses, the t-test, and analysis of the variance) were used to examine relationships between vacuum plasma spray processing parameters and the morphology of flattened particles (splats) on a smooth, polished substrate. Astroloy, a nickel-base powder, was vacuum plasma sprayed onto polished copper substrates under various processing conditions. Different flattened particle shape factors, including equivalent diameter, elongation factor, and degree of splashing, were determined using image analysis. The spray parameters (i.e., current intensity, chamber pressure, argon mass flow rate, etc.) strongly influenced splat formation and morphology and thus deposit microstructure and properties.     

氧氩流量比对溅射氧化钒薄膜结构和光学性能的影响

采用射频反应磁控溅射方法制备氧化钒(VOx)薄膜,对样品的沉积速率、物相结构、表面形貌和可见光波段的透过率进行表征,研究了在沉积气压一定的情况下,氧氩流量比对氧化钒薄膜结构和光学性能的影响。结果表明,改变氧氩流量比可明显改变薄膜结构,随着氧气比例的增加,沉积速率下降,薄膜表面出现了颗粒结构,颗粒尺寸具有增大的趋势,光透过率增大。     

镀膜对金刚石与结合剂之间结合性能的影响

采用磁控溅射的方法在金刚石表面镀覆Ti,Mo,Cu和TiN。测定了镀Ti金刚石的单粒抗压强度。用XPS分析了真空热处理后的金刚石表面结构,利用抗弯强度试验及扫描电镜分析。研究了镀膜金刚石在Co基结合剂中的界面结合状态。结果表明：金刚石镀膜后能够提高其单粒抗压.基840℃的热压条件下,镀层金属与金刚石能够在局部生成碳化物而形成化学结合,但对结合强度的提高还没有起着主导作用。镀Mo金刚石能够被Co基结合剂很好地浸润,因而结合强度有较大的提高。     

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.     

非平衡磁控溅射沉积Ti-N薄膜色彩和性能调控研究

目的研究Ti-N薄膜颜色和硬度及其结合强度的影响因素。方法利用封闭磁场非平衡磁控溅射离子镀膜技术,该变溅射偏压、氮气流量等参数,分别在304不锈钢基体和载玻片基体上沉积多彩Ti-N薄膜。用努氏硬度、划痕法和球坑法分别评价Ti-N薄膜的显微硬度和结合强度等性能。结果当偏压和溅射电流分别为-60 V和2 A时,将反应气体氮气流量从3sccm逐渐增加到20sccm,Ti-N薄膜颜色依次发生从"淡黄-金黄-红黄-紫红-金黄"的循环变化趋势。薄膜的硬度随氮气流量的增加在601~700HK之间呈逐步上升的趋势。膜基结合普遍较好。当氮气流量和溅射电流分别为10sccm和2 A时,将负偏压从-50 V逐渐增加到-120 V,薄膜颜色从淡黄色变成金黄色,膜基结合强度较好。硬度随偏压的增加变化不明显。结论影响Ti-N薄膜颜色的主要因素为氮气流量,偏压也可以轻微地改变薄膜颜色,但对薄膜性能影响并不明显。     

Al2O3/Ti生物相容连接接头微观组织及力学性能

文中对Al₂O₃陶瓷和金属Ti表面磁控溅射Mo和Ti金属层,以纯Au箔钎料,研究连接工艺及Ti金属化层厚度对连接接头微观组织和力学性能的影响.结果表明,焊缝主要由Au钎料和（Au,Mo） ss构成,（Au,Mo） ss中含有少量（Ti,Mo） ss和TixAuy金属间化合物.另外,在Al₂O₃/钎料界面处及焊缝中存在少量呈条状分布的TiO₂和Ti_xAl_y金属间化合物.连接工艺及Ti金属化层厚度主要影响各物相的数量及分布状态,通过影响焊缝中固溶体的分布均匀性及金属间化合物的数量而影响接头抗剪强度.当连接温度为1 080℃、保温时间为5 min、Ti金属化层厚度为0.2 μm时,接头的抗剪强度达到最大值138 MPa.     

Dependence of characteristics of LaB6 films on DC magnetron sputtering power

Lanthanum hexaboride(LaB₆) thin films were deposited on glass substrate by DC magnetron sputtering technology, and the AFM, XRD and scratch tests were used to characterize the deposited films. Influences of sputtering power on the microstructure and the bonding strength between the film and substrate were investigated. AFM observation proves that the dense films are obtained, and the surface roughness is below 4.3 nm. The LaB₆ film shows the crystalline structure with the grain less than 100 nm. The XRD pattern identifies that the crystal structure of the films is in accordance with that of bulk LaB₆, and the (100) crystal face is dominated. The average grain size decreases firstly and then increases with increasing power, and reaches the minimum of 40 nm when the sputtering power is 44 W. Moreover, the intensity of peaks in XRD pattern increases firstly and decreases afterward with increasing power. When the sputtering power is 50 W, the peak intensity reaches the maximum, showing an intense relationship between the power and crystal structures. The scratch test shows that interface bonding strength of the film/substrate is higher at the power of 44 W than the others, due to the formation of the nanosized crystals and their improved surface energy.