射频磁控溅射(Ti,Al)N薄膜性能的研究

采用射频磁控溅射，用Al靶和Ti靶同时溅射沉积（Ti，Al）N薄膜。研究表明：不同Al靶功率沉积的薄膜中始终存在面心立方结构（B1型），当Al靶功率大于250W薄膜中面心立方结构（B1型）和六方结构（B4型）共存。随Al成分的增加，B1型结构晶格常数减小，薄膜择优取向由B1型（111）向B4型（002）转变。薄膜表面随Al靶功率增加分别呈岛状、纤维状和柱状增长。（Ti，Al）N薄膜的硬度随Al靶功率的增加呈上升趋势。等离子体发射光谱分析显示，在相同工艺条件下Al靶比Ti靶先进入非金属态溅射模式，导致在相同功率下Al溅射速率低于Ti溅射速率。     

反应磁控溅射沉积氧化铜薄膜及其电化学性能研究

以金属铜为靶材,氧气为反应气体,采用射频磁控溅射法在不同温度的不锈钢基片上制备了氧化铜薄膜电极.采用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)分别对薄膜的组成和形貌进行了表征分析.电化学测试表明,在基片温度为室温条件下沉积得到的薄膜电极比300℃基片温度沉积得到的薄膜电极首次放电容量高,达到785μAh/(cm2·μm),但循环100次后后者放电容量较高.用交流阻抗法测得锂离子在氧化铜薄膜中的扩散系数为2.46×10-15cm2/s.     

磁控溅射沉积制备SnSe薄膜及其热电性能研究

因为晶体结构以及热电性能各向异性,硒化锡(SnSe)沿b轴方向表现出优异的热电性能,受到业内的广泛关注.但关于SnSe薄膜研究的报道较少.本研究利用磁控溅射技术,将SnSe沉积到Si/SiO2基底得到SnSe薄膜,分析了沉积温度对SnSe薄膜结构和热电性能的影响.结果显示:沉积温度升高,晶粒尺寸相应增加,薄膜的结晶质量...     

衬底温度对直流磁控溅射法沉积ZnO∶Ti薄膜性能的影响

利用直流磁控溅射工艺,在石英玻璃衬底上沉积出了具有高度C轴择优取向的掺Ti氧化锌(ZnO∶Ti,TZO)透明导电薄膜。研究了衬底温度对TZO薄膜应力、结构和光电性能的影响。结果表明,衬底温度对TZO薄膜的结构、应力和电阻率有重要影响。TZO薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜。在衬底温度为100℃时,实验获得的TZO薄膜电阻率具有最小值2.95×10-4Ω.cm,400℃时薄膜出现孪晶,随着温度的升高,薄膜应力具有减小的趋势。实验制备的TZO薄膜附着性能良好,可见光区平均透过率都超过91%。     

直流磁控溅射沉积WO3薄膜电致变色性能研究

以金属钨为靶材,采用直流反应磁控溅射方法,在玻璃上制备电致变色WO3薄膜.利用X射线衍射(XRD)方法对薄膜的结构进行了分析,得出了WO3薄膜的沉积工艺.制备了WO3/TTO/Glass电致变色器件,并对其性能进行了研究.结果表明在Li+注入前后,薄膜的透射率平均变化约50%,具有较好的可逆变色特性;Li+注入后,WO3薄膜中的一部分W6+变为W5+,转化比例约为25%.     

铝合金表面(Ti_xAl_y)N薄膜构成及耐磨、耐蚀性探讨

传统的阳极氧化技术可以提高铝合金的表面防护装饰性能.为了进一步扩大其应用范围,提高其使用寿命,通过磁控溅射技术,在6063铝合金的表面镀覆了一层(TixAly)N薄膜,利用薄膜测厚仪、显微硬度计、X射线衍射仪以及扫描电镜分别测量和分析了薄膜的厚度、硬度、相组成及表面形态.研究发现,6063铝合金表面镀覆(TixAly)N薄膜,可以明显提高6063铝合金的硬度.主要原因是(TixAly)N薄膜中几个强化相(TiN、AJN、Ti3AlN)硬度较高;与传统的阳极氧化膜相比,(TixAly)N薄膜与基体6063铝合金的结合性能更好,因而具有较高的致密性,有益于6063铝合金抗腐蚀和抗磨损性能提高.6063铝合金镀覆(TixAly)N薄膜后在装饰行业将有广泛的应用前景.     

铝基体上沉积硅氧化物薄膜及结合性能研究

以单晶硅片为靶材,高纯Ar和O2分别为溅射气体和反应气体,采用反应磁控溅射法在铝基体上制备了硅氧化物薄膜.由扫描电镜(SEM)、投射电镜(TEM)、电子衍射(ED)、X射线能量散射仪(EDX)等表征了薄膜的形貌、结构和组成,通过划痕试验、弯曲试验以及热冲击试验考察了薄膜与基体结合性能.研究结果表明,在Al基体表面制备了表面粗糙度均匀、无裂缝的富硅非晶态硅氧化物薄膜,其中Si和O的原子比为1∶1.57.在经NaOH溶液腐蚀的Al基体上SiOx薄膜具有很强的结合能力,可作为蛋白质芯片的固相载体.     

直流磁控溅射制备ZAO透明导电薄膜及性能研究

运用直流磁控溅射法,采用ZAO陶瓷靶材(Al2O3相对含量2%(质量分数)),结合正交实验表通过改变制备工艺中的基片温度、溅射功率、氧流量百分比等参数,在普通玻璃衬底上制备得到ZnO∶Al(ZAO)透明导电薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、荧光分光光度计、四探针测试仪对样品的晶体结构、表面形貌、光电性能进行表征分析。通过正交分析法得出直流磁控溅射法制备ZAO薄膜的最佳组合工艺为基片温度200℃,溅射功率40W,氧流量百分比20%,退火温度400℃,获得薄膜样品最低方块电阻11Ω/□,薄膜具有最好的发光性能,适合作为薄膜太阳电池的透明导电电极。     

直流磁控溅射法制备GZO薄膜及其结构和光电性能的研究

为了提高GZO薄膜性能的稳定性,在溅射温度为室温、气压为0.2 Pa、靶基距为100 mm等工艺条件下,利用直流磁控溅射法在氧化铝基底上沉积超厚型的镓掺杂氧化锌(GZO)薄膜,并探究不同溅射功率对GZO薄膜的表面生长方式、内部晶体取向和光电性能的影响。利用X射线衍射仪、四探针、原子力显微镜等仪器对制备的薄膜进行表征,结果发现随着溅射功率的增大,GZO薄膜晶胞的生长方向由径向生长变为横向生长;薄膜内的晶体结构的衍射峰先增强后降低;薄膜在可见光范围内的平均透光率出现先增大后减小,最后再次增加的趋势。GZO薄膜样品的方块电阻随功率的增加逐渐呈现出下降的趋势,当溅射功率为250 W时,薄膜的方块电阻最低,最低值为18Ω/□。当溅射功率为180 W时,薄膜的择优取向衍射峰峰值达到最大,薄膜的晶胞生长饱满并且结晶性能良好,薄膜表面致密性平整;GZO薄膜的平均透光率在可见光波段范围内达到最高并且接近95%,薄膜的方块电阻为34Ω/□。     

射频磁控溅射制备（AlCrTiZrNb）N高熵合金薄膜的微观组织和力学性能

研究了氮含量对(AlCrTiZrNb)N高熵合金薄膜微观结构和力学性能的影响,利用射频磁控溅射工艺在不同N₂和Ar流量比下制备了(AlCrTiZrNb)N高熵合金薄膜。结果表明,随着氮气流量的升高,(AlCrTiZrNb)N薄膜的沉积速率逐渐下降,AlCrTiZrNb合金薄膜的结构由非晶态转变为由Me-N(金属氮化物)构成的面心立方固溶体结构,(AlCrTiZrNb) N薄膜的择优生长取向为(200)晶面。同时随着N₂流量的增加,(AlCrTiZrNb) N高熵合金薄膜的硬度首先快速升高,随后略微降低。当N₂:Ar=1:1时,(AlCrTiZrNb)N薄膜硬度最大值28.324 GPa,此时(AlCrTiZrNb) N薄膜呈现单一的面心立方固溶体结构,饱和Me-N相的形成与各元素的固溶强化作用是其硬度的增长的主要原因。     

直流磁控溅射Cr(Al)N薄膜的结构与性能比较研究

采用相同的基底偏压和靶基距离,以N2流量和靶材溅射功率为变量,以热作模具用钢H13和Si片为基底,用直流磁控溅射的方法沉积了CrN和CrAlN膜层.对这2种膜层用SEM测其表面形貌,用X射线衍射测其膜层结构,用M-400-H1测其表面显微硬度,用WS-97划痕仪测其膜层/基体之间的结合强度,用UMT-2摩擦磨损试验机测其表面摩擦磨损性能.在分析溅射变量对2种膜层的影响趋势的同时,也分析了Al元素加入后所获得的CrAlN与CrN在结构、力学性能(硬度和膜/基粘结强度)和摩擦性能上的变化趋势.     

氮流量对采用独立钛靶制备的(Ti,Al)N薄膜结构与性能的影响

采用直流反应磁控溅射系统,选择独立Ti靶在3003AlMn合金表面在不同氮流量下制备(Ti,Al)N薄膜,采用扫描电镜、能谱分析、X射线衍射、极化曲线试验、磨损试验、薄膜厚度和显微硬度试验等手段表征了薄膜的沉积速率、化学成分、微结构和力学性能。结果表明,以独立Ti靶在铝衬底表面可以直接生成晶粒尺寸细小与基底结合良好的(Ti,Al)N薄膜,同时可以增加铝合金的表面硬度,提高表面耐蚀性能及表面光泽度。氮流量对(Ti,Al)N薄膜影响显著,氮流量为7cm3/min时制备的(Ti,Al)N薄膜晶粒最细小、致密,小尺寸纳米化的晶粒对提高3003AlMn合金耐磨损性和耐蚀性最佳,但沉积速率低,硬度增幅小。     

磁控溅射TiAlSiN膜的抗氧化性能

目前,针对TiAlN和TiAlSiN薄膜在800~1 000℃高温氧化时的硬度及抗氧化性能研究较少。利用磁控溅射技术,在高速钢W18Cr4V表面制备了TiAlN和TiAlSiN薄膜,当Al靶功率为100 W、Si靶溅射电流为0.20 A时,TiAlSiN薄膜硬度及弹性模量达到最大值,对此条件下的膜层进行了大气高温氧化试验。采用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等检测手段,研究了800,900,1 000℃下2种薄膜的抗氧化性。结果表明:经相同温度氧化处理后,TiAlSiN薄膜的表面粗糙度明显小于TiAlN薄膜的;在TiAlN中引入Si元素形成Si3N4包裹TiN纳米晶的复合结构,抑制了膜层中裂纹的形成,使TiAlSiN薄膜在相同氧化温度下的抗氧化性能比TiAlN薄膜更加优异。     

溅射制备非晶氮化镓薄膜的光学性能

利用直流磁控溅射方法制备了GaN薄膜. X射线衍射及Raman光谱结果表明薄膜样品为非晶结构; 傅立叶红外光谱表明薄膜样品的主要吸收峰为Ga--N键的伸缩振动; 光致发光测试得到了360nm处的紫外发光谱; 测量薄膜样品的紫外-可 见谱, 并利用Tauc公式计算得到样品的光学带隙为3.74eV, 这与光致发光谱得到的结果是一致的.     

封闭磁场非平衡磁控溅射偏压对CrN镀层摩擦学性能影响

采用Teer UDP 650型闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备沉积CrN镀层,通过调变偏压获得不同结构和性能的CrN镀层.试验用划痕法测定了镀层结合强度、用球-盘方法测定了镀层摩擦系数和比磨损率、用压入法评价镀层韧性,硬度测试在维氏硬度计上进行.实验结果表明,随着溅射偏压的升高,离子速流提高,偏压过低或过高均使沉积速率下降,-50V～-70V偏压时沉积速率基本保持稳定.CrN镀层的硬度随偏压的升高而升高,但伴随着韧性的下降.高偏压下沉积的镀层摩擦系数呈下降趋势,偏压在-40V～-70V间制备的镀层对磨WC球时几乎不磨损,但当偏压从-70V提高到-80V时,磨损明显加剧.     

磁控溅射法制备的CdS:Al薄膜的性质研究

采用Al和CdS双靶共溅射的方法, 调控Al和CdS源的沉积速率, 制备出不同Al掺杂浓度的CdS:Al薄膜。通过XRD、SEM、AFM、紫外-可见透射光谱分析、常温霍尔测试对CdS: Al薄膜的结构、形貌、光学和电学性质进行表征。XRD结果表明, 不同Al掺杂浓度的CdS:Al薄膜均为六方纤锌矿结构的多晶薄膜, 并且在(002)方向择优生长。SEM和AFM结果表明, CdS:Al薄膜的表面均匀致密, 表面粗糙度随着Al掺杂浓度的增加略有增加。紫外-可见透射光谱分析表明, CdS:Al薄膜禁带宽度在2.42~2.46 eV 之间, 随着Al掺杂浓度的增加而略微减小。常温霍尔测试结果证明, 掺Al对CdS薄膜的电学性质影响显著, 掺Al原子浓度3.8%以上的CdS薄膜, 载流子浓度增加了3个数量级, 电阻率下降了3个数量级。掺Al后的CdS薄膜n型更强, 有利于与CdTe形成更强的内建场, 从而提高太阳电池效率。用溅射方法制备的CdS:Al薄膜的性质适合用作CdTe薄膜太阳电池的窗口层。     

射频磁控溅射法制备TiB2涂层及其性能分析

利用射频磁控溅射技术在硅和钢片上沉积了TiB2涂层.采用场发射电子扫描显微镜(FESEM),小掠射角x射线衍射(GAXRD)及X射线光电子能谱(XPS)分别研究了涂层的横截面形貌,晶体结构以及涂层中的元素和化学状态.同时,对涂层的显微硬度和残余应力进行了表征.结果表明, 利用射频磁控溅射法制备的TiB2涂层平整光滑,结构致密,沿[001]晶向择优生长,具有纳米晶结构,硬度显著提高,而且残余压应力较低.     

镁合金表面溅射沉积M-TaC多层涂层的微观结构与性能

采用磁控溅射技术在ZK60镁合金表面制备了M-TaC多层涂层,并以TaC单层涂层作为对照,研究了涂层的微观结构、结合性能和耐腐蚀性能。结果表明,涂层呈多孔柱状结构和亲水性,能显著提高ZK60镁合金的耐腐蚀性能。相比于TaC单层涂层,M-TaC多层涂层的表面粗糙度增大,亲水性减弱,结合力提高（约60%）,耐腐蚀性能增强（腐蚀电流密度减小2.382 μA/cm2）。     

Effect of Nitrogen Content on Microstructures and Mechanical Properties of WB_2(N) Films Deposited by Reactive Magnetron Sputtering

In the present study,WB_2(N) films are fabricated on silicon and YG8 substrates at different N_2 pressures by reactive magnetron sputtering.The influence of N_2 partial pressure(P_(N2)) on the film microstructure and characteristics is studied systematically,including the chemical composition,crystalline structure,residual stress,surface roughness as well as the surface and the cross-section morphology.Meanwhile,nano-indentation and ball-on-disk tribometer are performed to analyze the mechanical and tribological properties of the films.The results show that the addition of nitrogen apparently leads to the change of the structure from(1 0 1) to(0 0 1) orientation then to the amorphous structure with the formation of BN phase.And the addition of nitrogen can greatly refine the grain size and microstructure of the films.Furthermore,the residual stress of the film is also found to change from tensile to compressive stress as a function of P_(N2),and the compressive stress increases with P_(N2),The WB_2(N) films with small nitrogen content,which are deposited at P_(N2) of 0.004 and 0.006 Pa,exhibit better mechanical,tribological and corrosion properties than those of other films.Further increase of nitrogen content accelerates the formation of BN phase and fast decreases the film hardness.In addition,the large N_2 partial pressure gives rise to the target poisoning accompanied by the increase of the target voltage and the decrease of the deposition rate.     

直流磁控溅射功率对溅射生长GZO薄膜光电性能的影响

本文采用直流磁控溅射沉积系统在玻璃基底上沉积镓掺杂氧化锌(GZO)薄膜,将溅射功率从120W调整到240W,步长为30W,研究功率变化对GZO薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性能和电学性能的影响。结果表明,溅射功率对GZO薄膜电阻率有显著的影响。溅射功率为210W时薄膜呈现最低电阻率为3.31×10~(-4)Ω·cm,可见光波段平均光学透光率接近84%。随着溅射功率的增加,薄膜表面形貌和生长形态发生较大变化,并直接得到具有一定凸凹不平的微结构,GZO薄膜的致密性先增加后降低。