电弧离子镀制备透明(002)AlN薄膜

在电弧离子镀弧靶上加挡板,分别在挡板屏蔽区内、外用Si(100)和玻璃片作基片沉积出AlN薄膜。用扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),X射线光电子能谱分析仪(XPS)和紫外可见光分光计对AlN薄膜的性能进行了研究。结果表明,在挡板屏蔽区内沉积出的AlN薄膜呈(002)择优取向,无大颗粒污染,在300～1000nm波长范围内透明;在挡板屏蔽区外的AlN薄膜呈(100)择优取向,含有Al污染颗粒,不透明。用电弧离子镀法沉积AlN,样品不需要额外加热就能获得晶态AlN薄膜,样品的温度升高来源于粒子对基底的轰击。     

AlN压电薄膜材料研究进展

AlN压电薄膜材料具有许多优异的物理化学性质，本文对该薄膜材料的发展，结构特征，制备方法进行了综述，并对其应用前景进行了展望。     

离子源对中频反应磁控溅射AlN薄膜结构和性能的影响

采用离子源辅助中频反应磁控溅射技术在单晶硅及硬质合金基体上沉积AlN薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、薄膜结合强度划痕试验仪等对薄膜结构及性能进行表征,着重研究了离子源对中频反应磁控溅射AlN薄膜结构和性能的影响.结果表明:离子源的辅助沉积有利于AlN相的合成,当离子源功率大于0.7 kW时,AlN沿(100)晶面择优取向明显,当离子源功率为1.3 kW时,所沉积膜层有向非晶化转变的趋势.同时,随着离子源功率的增加,所沉积的AlN薄膜致密度和膜、基结合力均显著提高,而膜层沉积速率和硬度则呈先上升后降低的规律.     

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。     

磁控溅射温度与时间对ZrN薄膜附着力的影响

采用非平衡磁控溅射技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢上制备了ZrN薄膜。用SEM、EDS观察并分析了薄膜的表面形貌和成分,用光电轮廓仪测量了膜层厚度。并采用划格法测试不同溅射时间和温度制备的薄膜附着力大小。分析不同溅射时间和温度对薄膜附着力的影响规律。结果表明,通过调节磁控溅射时间和温度可以得到具有一定厚度,成分稳定,结构致密的ZrN薄膜,且溅射时间在1～20 min范围内时间越长薄膜附着力越大,溅射时间超过20 min,附着力趋于稳定;溅射温度在30～90℃范围内温度越高薄膜附着力越大,超过90℃溅射温度继续升高附着力减小。     

磁控溅射法制备二氧化钒薄膜及其性能表征

采用射频反应磁控溅射法在镀有SiO2膜的钠钙硅玻璃基片上沉积了二氧化钒(VO2)薄膜.研究了在300℃沉积温度下,不同溅射时间(5～35min)对VO2薄膜结构和性能的影响.用X射线衍射、扫描电镜、自制电阻测量装置、紫外-可见光谱仪、双光束红外分光光度计对薄膜结构、形貌、电学及光学性能进行了表征.结果表明:薄膜在低温半导体相主要以四方相畸变金红石结构存在,在(011)方向出现明显择优取向生长,随着溅射时间的延长,晶粒生长趋于完整,晶粒尺寸增大;对溅射时间为35 min的薄膜热处理,发现从室温到90℃范围内,薄膜方块电阻的变化接近3个数量级;由于本征吸收,薄膜在可见光范围透过率较低,且随膜厚的增加而逐渐降低;在1500～4000 cm-1波数范围内,原位测量薄膜样品加热前后(20和80℃)的红外反射率,发现反射率的变化幅度随着膜厚增加而提高,最高可达59%.     

金红石疏水薄膜的强化直流磁控溅射制备方法

一种金红石疏水薄膜的强化直流磁控溅射制备方法，其特征在于强化直流溅射条件，采用高磁控钛靶溅射，并结合高溅射电流密度、高基板温度、低工作气压及高氧分压条件，以保证充分的电离和沉积薄膜的氧化，并使溅射稳定，提高沉积率。本发明制备的二氧化钛薄膜为舍少量锐钛矿的金红石多晶结构，具有良好的耐摩擦性和疏水特性，表面附着力非常好，可用于玻璃镜片、陶瓷，幕墙玻璃和汽车后视镜等材料的表面镀膜，也可用于制备某些生物医药材料。     

磁控溅射薄膜生长的模拟方法

磁控溅射技术制备的薄膜膜层均匀,内部无气孔,密度高,与衬底的附着性良好,薄膜质量高,被广泛应用于科学研究和工业生产中,且适合应用计算机模拟来研究溅射过程和溅射结果,这样既可以检验模拟的准确性,又可以对实验现象的内在意义进行挖掘,为后续实验提供参考信息。在介绍磁控溅射薄膜生长常用模拟方法原理的基础上,详细讨论了第一性原理(First-principles calculations)、分子动力学(Molecular dynamics,MD)和蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)等3种方法的适用条件和模拟结果,从3种方法适合解决的问题、相互之间的区别等方面,对国内外最新的研究进展进行总结与分析。发现3种方法在精确度和计算量上依次递减,在可模拟的时间和空间尺度上依次递增,在模拟对象上,第一性原理方法由于其高度的精确性被广泛应用于对薄膜本身的性质或对粒子间的运动等方面,且模拟结果可以是具体数值,从而对实验进行更加精确的预测和指导,分子动力学方法多用于模拟薄膜生长过程和原子间行为等方面,蒙特卡洛方法相较于前两者,用途更加广泛,可模拟的对象除了薄膜本身,也可以对电磁场等进行模拟。最后,对磁控溅射薄膜生长模拟未来的研究方向进行了展望。     

磁控溅射WCu抗菌薄膜的结构与性能

采用磁控溅射技术在载玻片上制备了钨铜薄膜。结构分析表明,薄膜的沉积速率和铜含量随铜靶电流的增大而升高,晶粒尺寸和显微硬度随铜靶电流的增大而下降。钨铜薄膜形成了固溶体,在铜含量较高时也有铜颗粒析出。WCu薄膜具有较高的疏水性,薄膜润湿性、液滴尺寸和环境温湿度都影响水滴和水膜的干燥时间。平板计数和菌液喷雾抗菌实验表明,WCu薄膜对大肠杆菌具有良好的抗菌作用。WCu薄膜有望用于环境设施的抗微生物表面改性。     

蒙特卡罗模拟和实验验证纳米薄膜晶粒生长的厚度效应

利用各向异性的蒙特卡罗方法模拟了纳米薄膜在退火过程中的晶粒生长。模拟结果显示,纳米薄膜的厚度效应并非体现在晶粒生长的整个过程中,而是仅当平均晶粒尺寸达到厚度的0.8～1.2倍时才明显表现出来。为描述这种晶粒生长的动力学过程,需要对Burke方程添加一个与晶粒平均尺寸和薄膜厚度之比相关的因子进行修正。Ni/SiO2纳米多层薄膜晶粒生长的试验结果证明了修正方程的合理性。通过比较溶质拖曳、第二相拖曳和厚度效应的动力学方程,提出了一个更为普遍适用的动力学方程。     

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.     

反应溅射制备AlN薄膜中沉积速率的研究

通过对浅射过程中辉光放电现象及薄膜沉积速率的研究，发现随着氮浓度的增大，靶面上形成一层不稳定的AlN层，由于AlN的溅射速率远小于Al，从而使薄膜的沉积速率显著下降。同时还研究了其它溅射参数对薄膜沉积速率的影响。结果表明：随靶基距的增大靶功率的减小，不同程度引起沉积速率的下降；随着溅射气压的增大，最初沉积速率不断增大，当溅射气压增大到一定程度时，沉积速率达到最大值，之后随溅射气 压的增大，又不断减小。     

钛酸铋薄膜的磁控溅射及其退火处理

采用射频磁控溅射技术,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了钛酸铋(Bi4Ti3O12,简称BIT)薄膜。研究了衬底温度及后续退火处理对薄膜结构和表面形貌的影响。结果表明:适宜的衬底温度为200℃。随着退火温度(650~800℃)的升高,BIT薄膜的结晶性变好,晶粒尺寸增大,c轴取向增强。当退火温度达到850℃时,开始出现焦绿石相;700~800℃为适宜的退火温度,在此条件下得到的BIT薄膜结晶良好,尺寸均匀,表面平整致密。     

反应磁控溅射法制备二氧化硅薄膜的研究

采用反应磁控溅射的方法沉积二氧化硅薄膜,研究了二氧化硅薄膜的光学特性,并与用反应离子束溅射方法沉积二氧化硅薄膜进行了对比。实验结果表明:用反应磁控溅射法沉积二氧化硅薄膜,薄膜的折射率、沉积速率主要受反应气体(氧气)浓度的影响,氧气含量超过15%(体积分数)后,溅射过程进入反应模式,沉积速率随氧气浓度增加而降低;入射光波长为630 nm时,薄膜折射率为1.50。对比2种薄膜沉积方法后确定,在二氧化硅薄膜工业生产中,反应磁控溅射方法更为可取。     

磁控溅射法制备硅钼薄膜及其性能表征

用射频磁控溅射法在硅基底上成功制备出具有低电阻率的单一四方相二硅化钼薄膜，并通过X射线衍射仪、原子力显微镜及四探针电阻测试仪对退火前后的薄膜样品进行了结构和电学性能分析。结果表明：薄膜的电学特性强烈依赖于薄膜的微结构和相组成。沉积态薄膜主要为非晶结构。经高温退火后，薄膜的晶态结构发生显著的变化，晶化效果明显提高，薄膜方阻大幅降低。     

磁控溅射沉积Al/AlN纳米多层膜的摩擦学性能

纳米多层膜因具有优异的力学性能与抗摩擦磨损性能使其在摩擦学领域具有重要的应用价值。采用磁控溅射沉积法制备了Al、AlN单层薄膜与Al/AlN纳米多层膜,探讨了纳米多层化对薄膜的力学性能和摩擦学性能的影响。采用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测量评价薄膜的纳米硬度和摩擦学性能。结果表明:Al/AlN纳米多层膜具有良好的周期调制结构,多层膜中的大量界面能显著提高薄膜的力学性能与摩擦学性能。多层膜的硬度为8.8GPa,高于采用混合法则计算出的硬度值6.6GPa;多层膜具有软质Al层和硬质AlN层的交替结构,在摩擦过程中,硬质AlN层可以起到良好的承载作用,软质层可以起到良好的减摩作用。相对于Al单层薄膜或AlN单层薄膜,Al/AlN纳米多层膜具有较低的摩擦因数(0.15)和优异的抗磨损性能。     

工艺参数对磁控溅射制备 TiO2 薄膜结晶性的影响

目的探究TiO2薄膜结晶性与工艺参数之间的规律。方法采用直流反应磁控溅射法,改变工艺条件(样品位置、溅射功率、氧气分压、是否开转架、沉积温度以及是否退火),在普通载玻片基底上制备TiO2薄膜,并利用XRD和SEM对不同工艺参数下获得的TiO2薄膜进行分析。结果在靶基距固定的情况下,仅改变样品悬挂的上下位置时,薄膜的结晶性差别不大。随着溅射功率在一定范围内增大,薄膜的结晶性越来越好(趋于锐钛矿晶型)。与氧气分压为5%时相比,10%时的薄膜结晶性更优;与开转架时相比,不开转架时薄膜的结晶性更优。沉积温度在300,350℃两者之间变化时,对薄膜的结晶性影响不大。退火后薄膜的结晶性优于未退火薄膜。结论样品位置、沉积温度对于TiO2薄膜的结晶性影响不大;氧气分压、是否开转架对TiO2薄膜的结晶性有一定影响;溅射功率、退火与否对TiO2薄膜的结晶性影响较大,并且退火后出现金红石相。     

Ti/AlN/Ti/AlN复合涂层的制备和阻氘性能研究

为提高AlN涂层的稳定性和阻氚性能,提出“Ti-AlN”复合结构涂层。采用磁控溅射法在316L不锈钢基体表面制备了结构致密、总厚度约500 nm的Ti/AlN/Ti/AlN复合涂层。对涂层样品进行不同的真空热处理后,采用SEM、XRD、AES等手段分析涂层样品在热处理前后的微观形貌和结构变化,并对样品在200-600 ℃的阻氘性能进行测试和分析。结果表明,仅热处理温度为760 ℃时,Ti-AlN界面反应生成少量的Al3Ti相。在所有涂层样品中,热处理温度为700 ℃、升温速率为1.5 ℃/min的复合涂层表现出最优的阻氘性能,其600 ℃的PRF（Permeation Reduction Factor）高达536。当热处理温度升高至760 ℃或升温速率达到2.5 ℃/min时,表层AlN层的开裂程度更为严重,并导致涂层的阻氘性能显著降低。另外,所有涂层样品的PRF（阻氘性能）均随渗透温度的降低而急剧减小,表明氘气渗透过程中的温度变化会导致复合涂层阻氘性能失效。