直流磁过滤电弧源沉积氧化钛薄膜的光学特性

为了探索电弧源离子镀技术制备的氧化钛薄膜的透射率、消光系数和折射率,利用直流磁过滤电弧源在K9玻璃基底上制备了氧化钛薄膜,通过分光光度计和椭偏仪对薄膜的透射率、折射率和消光系数等光学特性和沉积速率进行分析研究.研究结果表明：波长在400～700nm之间,氧化钛薄膜的折射率为2.3389～2.1189;消光系数在10-3数量级上,消光系数小,薄膜吸收小,薄膜峰值透射率接近K9基底的透射率;沉积时间30min,薄膜的厚度是678.2nm,电弧源离子镀技术沉积氧化钛薄膜的平均速率为22.6nm/min.     

基于粒子群算法的椭偏法测量数据反演

为解决椭偏法测量薄膜厚度和折射率实验数据处理较为复杂的问题,采用一种新的基于群体智能的优化算法—粒子群算法处理实验数据.以单层吸收薄膜的测量为例,利用该算法进行数据处理.实验结果表明,三个薄膜参数(折射率n,消光系数k和薄膜厚度d)可以同时获得,而且在未知参数确切范围情况下,大范围内进行搜索仍然能保证快速收敛到最优解.文中算法和遗传模拟退火算法以及利用椭偏仪数据处理软件得出的结果相比较,表明该算法计算精度高,收敛速度快.     

单层薄膜的五次多项式椭偏方程的数值分析

采用椭偏法测试的单层均匀透射薄膜的介电常数满足一个五阶多项式方程,来求解 薄膜的折射率和厚度,并且进行了详细的计算和讨论。椭偏仪的测量精度除了与它本身的结构参数以及读数精度有关外,还与被测系统本身有关,精度还取决于衬底的折射率ｎ２,Ψ和Δ的区域及入射角。采用此方法编程可以既快又精确地计算出薄膜的折射率和厚度,取得了令人满意的结果。     

椭偏参数测量误差对薄膜参数测试精度的影响

为了分析透明均匀介质膜的椭偏方程中所隐含的椭偏参数和薄膜参数（膜厚、折射率）之间的误差关系,提出基于误差传递公式和反函数组定理,通过求出椭偏参数对薄膜参数的偏导在名义膜厚和名义折射率处的值来反求后者对前者的偏导值,进而绘出不同入射角下膜厚和折射率误差与椭偏参数测量误差之间的关系曲线的方法.该法所得结果表明,椭偏参数测量误差导致的膜厚误差和折射率误差并非在同一入射角下达到最小;它们最小时所分别对应的最佳入射角随着入射光波长、薄膜名义膜厚、名义折射率和基片折射率变化而变化;若以各自最佳入射角时所对应测得的膜厚和折射率作为薄膜参数测试值,则能有效提高测量精度.该结论与在激光椭偏仪上的实际测量结果相符.文中方法对分析其他超越方程中多个变量之间的误差关系以及各变量值的优化选取有一定参考价值.     

Ar/CH_4流量比对a-C∶H薄膜沉积速率及性能的影响

为研究气体流量比对非平衡磁控溅射沉积含氢类金刚石薄膜（Diamond-Like Carbon,DLC）沉积速率及性能的影响,在不同Ar/CH4流量比条件下将a-C∶H沉积在单晶硅基底,采用傅里叶红外光谱、椭偏仪、表面轮廓仪对薄膜的沉积速率、光学特性及表面粗糙度进行研究.实验结果表明：引入甲烷气体后,非平衡磁控溅射沉积a-C∶H薄膜沉积速率大幅度提高;在3～5μm波段硅基底上镀制a-C∶H膜具有良好的红外增透特性,薄膜峰值透射率明显受到Ar/CH4流量比的影响,Ar/CH4流量比1∶3时,制备的a-C∶H峰值透过率可达69.24%;a-C∶H薄膜的折射率和消光系数随着CH4流量的增加而增大;a-C薄膜的粗糙度要优于a-C∶H薄膜,a-C∶H薄膜的粗糙度随厚度的增加而变大.     

甲烷流量对类金刚石薄膜氢含量和性能的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法,固定甲烷气压为1.33Pa,变化甲烷流量30～100sccm在玻璃上制备了一系列类金刚石(DLC)薄膜,采用残余气体分析仪、拉曼光谱和椭偏仪测试手段分别研究了甲烷等离子体中氢分压的变化、DLC膜中的氢含量和DLC膜的光学性能,采用摩擦磨损仪研究了DLC膜的耐摩擦性能。结果表明,随甲烷流量的增大,甲烷等离子体中的氢分压和DLC膜中的氢含量减小,光学带隙从1.77eV减小到1.65eV。在300～2 500nm的波长范围内折射率随流量的增大而增大,中心波长550nm的折射率从2.11增加到2.15。普通玻璃的摩擦系数约为1.2,而镀有DLC膜的玻璃的摩擦系数下降到0.4,甲烷流量为60sccm时制备的DLC膜耐磨性最佳。     

离子束辅助沉积非晶硅薄膜红外光学特性研究

为了得到非晶硅（a-Si）薄膜红外光学常数与工艺参数之间的关系,采用Ar离子束辅助电子束热蒸发技术制备a-Si薄膜,并利用椭偏仪和分光光度计测量了薄膜的光学常数,分析了薄膜沉积速率、基底温度和工作真空度对a-Si薄膜折射率和消光系数的影响.实验结果表明：影响a-Si薄膜光学常数的主要工艺因素是沉积速率和基底温度,工作真空度的影响最小.当沉积速率和基底温度升高时,薄膜的折射率先增大后减小;当工作真空度升高时,薄膜的折射率增大.在波长1~5μm之间,a-Si薄膜的折射率变化范围为2.47~3.28.     

TiO_2薄膜表面粗糙度对光学特性的影响

薄膜表面粗糙度是影响薄膜光学性能的一个重要指标,采用Taylor Hobson表面轮廓仪对离子束辅助电子束热蒸发沉积的二氧化钛(TiO2)薄膜表面粗糙度进行了研究.采用椭偏仪通过选择不同的结构模型研究了不同基底粗糙度上沉积的TiO2薄膜的折射率和消光系数.研究结果表明:0.3 nm/s的沉积速率获得的TiO2薄膜表面粗糙度较小;在基底粗糙度较小时,TiO2薄膜具有一定的平滑作用.通过减小基底的粗糙度和考虑混合模型,TiO2薄膜特性有一定的提升,随着薄膜表面粗糙度的增加其折射率趋于2.08,消光系数趋于0.04.     

热蒸发HfO_2薄膜光学常数表征

薄膜材料库中的光学常数与实际制备的相比有很大差别,精确求解在特定工艺条件下的光学常数对设计和制备多层薄膜具有重要意义。在熔融石英(JGS1)基底上,采用热蒸发沉积方法制备了厚度为330nm的单层HfO_2薄膜,利用分光光度计测量薄膜的透射率和反射率,并采用包络法和光度法分别计算得到230nm~800nm范围内折射率n和消光系数k的色散曲线。两种方法确定的HfO_2薄膜厚度分别为331.22nm和331.03nm,两者偏差为0.057%;在266nm处两种方法确定的折射率相差0.011,消光系数相差10-5量级。结果表明,运用包络法和光度法确定HfO_2薄膜光学常数的拟合结果吻合较好,能够相互验证且避免了单一方法求解过程中所产生的误差。     

HfO2高激光损伤阈值薄膜的制备及特性研究

采用水热合成技术,制备了HfO2胶体,用旋涂法镀制了单层HfO2介质膜.采用XRD,椭偏仪,红外光谱(FTIR)等方法对薄膜进行了测试和表征,用输出波长为1 064 nm,脉宽为10 ns的电光调Q激光系统产生的强激光测试其激光损伤阈值.研究了热处理温度对薄膜厚度、折射率、红外光谱、晶态以及激光损伤阈值的影响,并对薄膜的激光损伤形貌进行了分析.研究结果表明HfO2薄膜的折射率可达到1.655;采用150 ℃左右的温度对薄膜进行热处理可以提高薄膜的激光损伤阈值,此时薄膜的激光损伤阈值高达42.32 J/cm2(1 064 nm,10 ns),大大高于物理法制备的HfO2薄膜的激光损伤阈值(8.6 J/cm2,1 064 nm,12 ns).     

改变过渡层碳靶功率在铜上沉积类金刚石膜的研究

类金刚石膜具有硬度高、 摩擦系数低、 耐腐性强、 稳定性高等优点, 是提高铜耐腐性的理想材料, 但铜 与类金刚石膜之间的结合力差。通过制备T i xC y 过渡层, 采用磁控溅射物理气相沉积与化学气相沉积法, 通过改变 过渡层碳靶功率成功在铜基体上沉积类金刚石膜。并对金刚石膜进行拉曼光谱测试、 划痕实验和电化学实验分析。 结果表明, 所制备碳膜具有典型的类金刚石结构, 膜与基体之间的结合强度大, 过渡层碳靶溅射功率为2 0 0W 时所 制备的类金刚石膜对铜基体的保护作用最好。     

溅射时间对CIGS薄膜的结构及性能影响

选择铜铟镓硒(CIGS)四元合金靶材,采用一步磁控溅射法在钠钙硅玻璃衬底上制备CIGS薄膜。重点研究了溅射时间对CIGS薄膜结构及性能的影响。采用XRD、SEM、UV-Vis及四探针测试仪对薄膜进行表征。结果表明,随着溅射时间的增加,薄膜增厚,薄膜的结晶度变好,颗粒增大尺寸约1mm,电阻率明显降低,可见光的吸收系数接近105 cm-1。CIGS吸收层的性能对改善CIGS薄膜光伏电池的光转换效率非常有利。     

在室温下用射频等离子体化学蒸汽沉积法沉积类金刚石薄膜

本文介绍室温下利用100kH_z 频率的等离子体化学蒸汽沉积类金刚石(DLC)薄膜的方法.等离子体形成的气体是氢气(H_2)和甲烷(CH_4)的混合物.实验成功地在不同的衬底上形成了高质量的类金刚石薄膜。利用红外吸收谱分析了薄膜的结构,对高质量薄膜获得的机理也作了探讨.     

Plasma preparation method and tribological properties of diamond-like carbon coating on magnesium alloy AZ31 substrate

Magnesium alloys are light weight and exhibit good recyclability but suffer from low hardness and wear resistance.In this study,the hardness and wear resistance of AZ31 magnesium alloy were improved by depositing diamond-like carbon(DLC)films as hard protective coatings using ion-beam-enhanced deposition with various CH_4/H_2 ratio,gas flow rates and accelerating voltages.The supporting effect of the magnesium alloy was enhanced by the production of a graded interfacial layer which is composed of film atoms and substrate atoms.The composition and mechanical properties of the DLC coatings were characterized using scanning electron microscopy(SEM),Raman spectroscopy,Rockwell test and nano-indentor.The tribological properties of the coating were also investigated using a frictional surface microscope with an in situ observation system and friction force measurements.The DLC films were characterized by a lower intensity ratio of the D-peak to G-peak(I_D/I_G),higher hardness,and improved tribological properties when deposited at a lower accelerating voltage(6 kV).At the CH_4/H_2 ratio of 1:99 and 6 sccm/6 kV,minimum I_D/I_G values of 0.62,relatively low friction force value of 0.12 N,and a maximum hardness of 4056HV were attained respectively.In addition,the DLC film exhibited improved wear resistance and a shallower wear track at this condition.     

射频磁控溅射制备类金刚石薄膜

采用射频磁控溅射法在Si和Ti合金基体上沉积出类金刚石(DLC)薄膜.利用拉曼光谱仪、划痕仪和扫描电子显微镜分析了DLC薄膜的结构、膜基附着力和表面形貌.结果表明:射频磁控溅射法能够制备出表面平整、结构致密的DLC薄膜;同时基体材料的不同不会影响DLC薄膜的键合结构,Si基体上涂层附着力为30N,Ti基体上膜基结合力大于40 N.     

降低DLC薄膜应力的方法研究

为了沉积出高硬度、低应力、高膜-基结合强度的类金刚石硬质薄膜,利用脉冲电弧离子镀技术在高速钢基底上制备类金刚石薄膜,采用退火、增加Ti过渡层、Ti离子轰击等方法减小DLC薄膜应力.结果表明:单层DLC薄膜的应力可达7.742 GPa;以Ti为过渡层的DLC薄膜的应力减小为2.027 GPa;对Ti/DLC薄膜进行退火热处理,薄膜应力减小到0.359GPa.利用Ti作过渡层,并且对薄膜进行退火处理,可以使DLC薄膜产生的高应力在Ti层中得到明显减小,提高膜-基结合力,增加硬度.     

H2对类金刚石薄膜性能影响的研究

类金刚石膜因其高的硬度、高的介电性、低的摩擦系数、优异的光学和化学性能以及巨大的潜在应用前景而成为研究热点。采用离子增加化学气相沉积方法在Si基底表面制备含氢类金刚石薄膜,通过XPS能谱测试,确定膜层的成份组成,膜层中除了含有碳以外还含少量的吸附的氧。调节反应源气体中H：的比例,结果表明H2的含量直接影响DLC薄膜的性能。随着H。的含量增大,膜层的表面粗糙度降低,膜层的硬度变大,而应力相应增大。这是由于反应源气体中H2含量的增加,DLC薄膜中氢的含量反而降低,膜层内sp2团簇结构的无序性增加,sp2键的比例增加,这将使得膜层内的碳的空间网络结构所占的比例增加。