热处理对离子束溅射Ta_2O_5薄膜特性的影响

利用离子束溅射沉积技术制备了Ta2O5薄膜,在100~600℃的大气氛围中对其进行热处理(步进温度为100℃),并对热处理后样品的光学常数(折射率、折射率非均匀性、消光系数和物理厚度)、应力、晶向和表面形貌进行了研究。研究显示,随着热处理温度增加,薄膜折射率整体呈下降趋势,折射率非均匀性和物理厚度呈增加趋势,结果有效地改善了薄膜的消光系数和应力,但薄膜的晶向和表面形貌均未出现明显的变化。结果表明:热处理可以有效改变薄膜特性,但需要根据Ta2O5薄膜具体应用综合选择最优的热处理温度。本文对离子束溅射Ta2O5薄膜的热处理参数选择具有指导意义。     

溅射气压和衬底温度对Si1-xGex薄膜结构和光吸收性能的影响

采用射频磁控溅射法沉积了Si1-xGex薄膜,研究了溅射气压、衬底温度对薄膜结构、厚度、表面形貌、表面成分及光吸收性能的影响。结果表明:薄膜均为微晶结构且相组成不随溅射气压和衬底温度的改变而改变;随着溅射气压升高,薄膜结晶性能降低,升高衬底温度使其结晶性能提高;随气压或温度的升高,薄膜厚度均先增大后减小,在1.0Pa或400℃达到最大值;随温度的升高,薄膜表面团簇现象消失并变得平整致密,气压为8.0Pa时,表面有孔洞和沟道;随气压升高,薄膜中锗含量降低,光吸收强度减小,光学带隙增大;衬底温度的变化对光学带隙影响不大。     

锑掺杂纳米SnO2透明导电薄膜的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶法在Si片、已镀SiO2的钠钙硅玻璃和普通钠钙硅玻璃上镀Sb掺杂摩尔分数为8%的SnO2薄膜(ATO),在450℃热处理温度下对薄膜结构,电学、光学性能进行表征。结果表明:薄膜以四方金红石结构存在,结晶完全;方阻值随镀膜层数的增加而明显降低,12层时薄膜最低方阻值为129Ω/□,可见光平均透过率在75%以上。随着波长的增大,红外波段的反射率逐渐增大,从15%增加到55%左右。     

钨镍共掺杂V2O5薄膜的光电特性研究

利用溶胶–凝胶旋涂法和后退火工艺在FTO导电玻璃上制备了钨镍共掺杂V₂O₅薄膜,研究了薄膜在不同温度和不同偏压下的光电特性和相变特性。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM） 和X射线光电子能谱仪（XPS） 测试了钨镍共掺杂V₂O₅薄膜的晶体结构、表面形貌和组分,分析了不同钨镍共掺杂浓度对V₂O₅薄膜相变光电特性的影响。结果表明,当钨和镍的掺杂质量分数分别为3 %和1.5 %时,钨镍共掺杂的V₂O₅薄膜的相变温度为218.5 ℃,在可见光范围内有较高的透过率,在近红外1310 nm波长处的光学透过率达48.83%,与未掺杂V₂O₅薄膜的光学透过率相比提高了10.29%,薄膜电阻降低了30.53%,热致回线宽度收窄为15 ℃,说明钨镍共掺杂的V₂O₅薄膜具有良好的可逆相变光电特性,有望在新型光电器件领域得到较好的应用。     

磁控溅射法制备WO3薄膜及其光学性质研究

采用DC磁控溅射的方法在玻璃基片上制备WO3薄膜,在不同温度条件下对薄膜进行退火处理;测量了不同氧分压下制备的薄膜在紫外到可见光范围内的透过率.实验表明,氧分压在75%左右条件下制备的薄膜具有较好的光学性能,退火温度在300℃左右可明显改变薄膜的光学性质.     

搀杂二氧化钒薄膜研究进展

掺杂能明显改变二氧化钒(VO2)薄膜的相变温度,提高薄膜的电阻温度系数(T<,CR>).研究表明,W、Mo等大尺寸原子掺杂可以降低相变温度,相反Al、P小尺寸原子掺杂则使相变温度升高.综述掺杂改性的一般方法,各种不同掺杂元素对VO2薄膜相变、电学性能和光学性能的影响,介绍掺杂VO2的最新研究进展,并为扩大其应用领域探讨今后的研究方向.     

V含量对TaVN薄膜微观结构与摩擦学性能的影响*

为探讨V元素改善TaN薄膜摩擦学性能的机制,利用磁控溅射仪在304不锈钢基体上和单晶Si片制备不同V含量的 TaVN薄膜。使用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计、表面综合性能测试仪表征和分析薄膜的结构及性能。结果表明：TaVN 薄膜为面心立方结构,不同V含量的TaVN薄膜均在（111）晶面呈现择优取向;随着V含量的增加,TaVN 薄膜（111）晶面出现向大角度偏移的现象;不同V含量的TaVN 薄膜在扫描电子显微镜下的表面光滑平整无孔隙,膜层与基体间界面清晰,截面呈明显的柱状晶结构;随着V含量的增加,TaVN 薄膜硬度先升高后降低,当TaV靶材中V原子分数为15%时,硬度最高;随着V含量的增加,摩擦因数降低,其原因是在摩擦的过程中,薄膜中的V元素氧化形成具有自润滑效果的Magnéli 相氧化物V2O5;随着V含量的增加,TaVN 薄膜磨损机制由磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损转变为磨粒磨损和氧化磨损。     

反应磁控溅射法制备ZnO/Al(O)/ZnO薄膜的光学和电学性能

采用反应磁控溅射法,通过控制中间层沉积时的氧气流量,在聚对苯二甲酸乙二醇酯基底上制备了ZnO/Al(O)/ZnO薄膜,研究了氧气流量对Al(O)薄膜的微观形貌、表面粗糙度,以及对ZnO/Al(O)/ZnO薄膜光学和电学性能的影响。结果表明:随着氧气流量的增加,铝在ZnO薄膜表面由三维岛状生长转变为二维层片状生长,Al(O)薄膜表面粗糙度先增大后减小再增大,当氧气流量为6.7×10~(-3)cm~3·s~(-1)时最小;随着氧气流量的增加,ZnO/Al(O)/ZnO薄膜在较长波长范围内的透过率增大,方阻增大,霍尔迁移率和载流子浓度下降;综合考虑光学和电学性能,适宜的氧气流量为6.7×10~(-3)cm~3·s~(-1)。     

磁控溅射制备高聚物基TiO2-CeO2复合薄膜的组织和性能

采用磁控溅射技术在PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)衬底上制备了TiO2-CeO2复合薄膜;用X射线衍射仪、扫描电镜和UV-VIS分光光度计分析了薄膜的相组成、表面微观形貌和透射率.结果表明:溅射态的薄膜为非晶态;经150℃退火12 h后,薄膜表面有锐钛矿相颗粒析出;随着溅射功率的增加,薄膜表面的锐钛矿相颗粒数量明显增多,形状接近球形,在功率为100 W时,尺寸约为120 nm;随着溅射功率的增大,薄膜对紫外和可见光的透射率降低;另外,薄膜表面形貌和透射率也受溅射时间的影响.     

射频磁控溅射法制备氮化硼薄膜

采用射频磁控溅射方法在T10钢表面获得了氮化硼薄膜。借助光学显微镜、摩擦磨损试验仪和划痕试验仪等研究了溅射时间、溅射功率以及中间层对薄膜性能的影响。结果表明：氮化硼薄膜的摩擦因数约为钢基材料的一半,中间层镍磷合金的加入使薄膜结合力显著提高。     

A study of the friction and wear performance of MoSx thin films produced by ion beam enhanced deposition and magnetron sputtering

MoS_x thin films were deposited by ion beam enhanced deposition (IBED) and magnetron sputtering (MS) onto the surface of IBEN Si₃N₄ and TiN thin films. The friction and wear performances of thin films and 52100 steel were compared using an SRV model reciprocating testing machine. The results showed that all MoS_x films exhibit good tribological behavior. The MS MoS_x thin film has better wear resistance and the IBED MoS_x film has a longer wear life. The wear resistance of IBED Si₃N₄ and TiN thin film plus MoS_x film is 3–4 times and 8–20 times that of single IBED Si₃N₄ and TiN thin films and 52100 steel respectively. The analyses indicate that the difference in friction and wear performance between the two kinds of MoS_x thin film is determined by the x value of MoS_x, its microstructure and the atom mixing effect at the interface.     

The tribological properties of YBa2Cu3O7 films in ambient environment

In the present study, high-T_c superconducting thin YBa₂Cu₃O₇ films and polysilicon films were prepared to investigate the initial sliding friction properties using a ball-on-flat tribometer when samples were moved against a sapphire ball or a steel ball in ambient environment. The surface topography was measured with atomic force microscope (AFM). After five times testing, the experimental results indicate that the friction coefficient of YBa₂Cu₃O₇ films is lower than that of polysilicon films when sliding against a sapphire ball and almost the same when sliding against a steel ball. In particular, the initial friction of YBa₂Cu₃O₇ films is more stable when sliding against a sapphire ball. However, the initial friction of polysilicon films fluctuates during a cycle period when sliding against a sapphire ball. They are both stable when sliding against a steel ball. Although, the surface profile of the YBa₂Cu₃O₇ film is rough and can be seen to be rougher than the polysilicon film, but the friction coefficient of the YBa₂Cu₃O₇ film is lower than that of polysilicon film. Also, although the topography of YBa₂Cu₃O₇ films changes during friction, the friction coefficients are stable. This clearly shows that the initial sliding friction of YBa₂Cu₃O₇ films under microfriction is stable. The observation signifies YBCO film is a good film to prevent stick–slip motion in ambient environment. The wear properties of YBa₂Cu₃O₇ films suggest that the superconducting outgrowths (CuO) are loose and they can be easily removed.     

Ni80Cr20合金薄膜制备影响因素的试验研究

利用直流磁控溅射的方法制备Ni80Cr20合金薄膜,以氩气流量、氩气工作压强、溅射功率作为三因素进行正交试验,在溅射时间相同的条件下分别测试了薄膜厚度、表面粗糙度、电阻率并进行了极差分析。分析结果表明:在一定范围内,氩气工作压强与溅射功率对薄膜厚度的影响较大;在氩气工作压强为3.0Pa时,薄膜厚度与溅射功率近似成正比关系;随着氩气流量的增大,Ni80Cr20薄膜厚度呈现先增大后减小的趋势;在氩气流量为50cm~3/min时,薄膜厚度达到最大值;各因素对薄膜表面粗糙度及电阻率影响不明显。     

氮气反应溅射制备软X射线Co/Ti多层膜

针对"水窗"波段(280~540eV)对多层膜反射镜的应用需求,在Ti的L吸收边(452.5eV)附近,优化设计了Co/Ti多层膜的膜系结构。计算了不同界面粗糙度条件下的反射率,结果显示,界面粗糙度对多层膜反射率有较大影响。采用直流磁控溅射方法在超光滑硅基片上制备了Co/Ti多层膜,通过将氮气引入原有的溅射气体氩气中作为反应气体,明显减小了制备的多层膜的界面粗糙度。利用X射线掠入射反射实验和透射电子显微镜测试了多层膜结构,并在北京同步辐射装置(BSRF)3W1B实验站测量了不同氮气浓度下多层膜的反射率。结果显示,氮气含量为5%的溅射气体制备的多层膜样品反射率最高,即将纯氩气溅射制备得到的反射率9.5%提高到了12.0%。得到的结果表明,将氮气加入反应溅射气体可以有效改善Co/Ti多层膜的性能。     

瞬态切削用智能测温刀具的研究

针对传统切削温度测量手段无法实时测量刀尖切削区域瞬态温度的技术难题,研制一种基于NiCr-NiSi薄膜热电偶的瞬态切削用智能测温刀具,采用直流脉冲磁控溅射技术制备了致密性和绝缘效果良好的SiO₂绝缘薄膜及热电偶电极薄膜;利用自行研制的薄膜热电偶自动标定系统对研制的测温刀片的静、动态技术特性进行测试和分析,结果表明所研制的测温刀片在30～300℃范围内具有良好的线性,其塞贝克系数为40.5 μV/K,最大线性误差不超过0.92%,且响应速度快,时间常数为0.083 ms;可嵌入刀杆的温度测试单元实现了在切削加工过程中对瞬态切削温度数据的实时采集、数据存储与无线传输功能;现场试验结果显示,所研制的智能测温刀具可以快速准确监测0.1 s内刀具刀尖处瞬态切削温度的变化,为瞬态切削温度测试提供了新的方法,为智能测温刀具的研究与开发提供了新的技术途径。     

离子束溅射氧化钽薄膜的光学带隙特性

Ta_2O_5薄膜是可见光到近红外波段中重要的高折射率薄膜材料之一。本文针对离子束溅射制备Ta_2O_5薄膜的光学带隙特性开展了实验研究工作,基于Cody-Lorentz模型表征了薄膜的光学带隙特性,重点针对薄膜的禁带宽度和Urbach带尾宽度与制备参数之间的相关性进行研究。研究结果表明:在置信概率95%以上时,对Ta_2O_5薄膜禁带宽度影响的制备参数,权重大小依次为氧气流量、基板温度、离子束电压;而对Ta_2O_5薄膜Urbach带尾宽度影响的制备参数,权重大小依次为基板温度和氧气流量。对于Ta_2O_5薄膜在超低损耗激光薄膜和高损伤阈值激光薄膜领域内应用,本文的研究结果给出了同步提高薄膜的禁带宽度和降低带尾宽度的重要工艺参数选择方法。     

MoSx/MoSx-Mo纳米多层膜的制备及其环境摩擦学特性

用直流磁控溅射在钢基体上交替溅射制备了MoSx/MoSx-Mo纳米多层膜。采用划痕仪测试薄膜与基体的结合力;采用SEM和XRD分析了纳米多层膜的形貌和显微结构;在球-盘式微摩擦试验机上测试了纳米多层膜在真空和潮湿空气中的摩擦学性能。结果表明,纳米多层膜的结合力优于纯MoS2膜。随着溅射沉积气压的升高,MoSx(002)面择优取向减弱,纳米多层膜的结合力下降。溅射气压0.24 Pa沉积的纳米多层膜在真空和潮湿空气中都呈现出最低的摩擦因数和磨损率,具有优异的环境摩擦磨损特性。     

Characteristics of Sputter-deposited Gadolinia-doped Ceria Thin Films on Al2O3/SiO2/Si Systems

Metal oxide films prepared by thin film technology have been reported for the potential applications on thin solid electrolyte layers for solid oxide fuel cells(SOFCs). Gadolinia-doped ceria(GDC) thin films and Al2O3 layers on SiO2/Si substrates are successively deposited by RF reactive magnetron sputtering from a cerium-gadolinium (90:10 at.%) alloy target and Al target in O2/Ar gas mixture and then perform post-thermal treatments at 300-700 ℃ and 900 ℃ for 2 h, respectively. Materials characteristics and chemical compositions of GDC films and Al2O3 layers are investigated by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), cross-sectional scanning electron microscopy(SEM), X-ray diffraction(XRD), and atomic force microscopy(AFM). Stoichiometric Al2O3 layers with polycrystalline structures are firstly prepared onto SiO2/Si substrates. A cubic fluorite structure with columnar crystallites of GDC films is successfully deposited on Al2O3/SiO2/Si systems. The chemical composition of 700 ℃-annealed GDC films is (Ce0.91Gd0.09)O1.94 and possesses a higher film density of 7.257 g/cm3. As a result, GDC thin films prepared by RF reactive magnetron sputtering and post-thermal treatments can be used as thin solid electrolyte layers for intermediate temperature SOFCs system as compared to the well-known yttria-stabilized zirconia(YSZ).     

射频磁控溅射法制备类金刚石薄膜的研究

采用射频磁控溅射法,纯Ar溅射石墨靶,制备出了类金刚石薄膜,并对薄膜沉积速率随各工艺参数的变化规律、薄膜结构以及光学性能进行了系统的研究。结果表明,沉积速率随射频功率、CH4流量和溅射气压的增大而增大;随温度的增大呈现先增大后小的趋势。结构分析发现,所制备的DLC薄膜是由sp2键镶嵌在sp3键基体中构成的。在3μm~5μm波段对Si衬底有明显的增透效果。