高功率脉冲磁控溅射氩氮比对ZrN薄膜结构及性能的影响

采用高功率复合脉冲磁控溅射的方法(HPPMS)在不锈钢基体上制备ZrN薄膜,对比DCMS方法制备的ZrN薄膜,得出HPPMS制备的薄膜表面更平整光滑、致密,既无空洞、又无大颗粒等缺陷。Ar/N对薄膜相结构及硬度、耐磨耐蚀等有较大影响。XRD结果显示,薄膜主要以ZrN(111)和ZrN(220)晶面择优生长,并呈现出多晶面竞相生长的现象。制备的ZrN薄膜的硬度最高可达33.1 GPa,同时摩擦系数小于0.2,耐腐蚀性也有很大提高,腐蚀电位比基体提高了0.27 V,腐蚀电流下降到未处理工件的1/5。存在一个合适的Ar/N比,使得制备的ZrN薄膜具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。     

高功率脉冲磁控放电等离子体注入与沉积CrN薄膜研究

采用高功率脉冲磁控放电等离子体离子注入与沉积的方法在不锈钢基体上制备了高膜基结合力的CrN硬质薄膜,并研究了不同的Ar/N流量比对薄膜形貌、结构及性能的影响.采用扫描电子显微镜、X射线衍射对其表面形貌和结构进行分析,发现制备的薄膜表面光滑、致密,相结构单一,主要是CrN(200)相.对薄膜的结合力、硬度、弹性模量、耐磨...     

高功率脉冲磁控溅射制备ZnO薄膜的研究进展

氧化锌薄膜材料由于具有高电导率、良好的光学透过率、原料储存丰富、成本低廉的特点,被认为是最具有潜力的透明导电薄膜.特别是其宽禁带(3.37eV)和高达60meV的激子束缚能,使其在环境温度制备同质结发光器件、太阳能电池电子传输层具有巨大的应用前景.然而,传统制备方法难以实现薄膜质量的综合调控,存在p-ZnO稳定性差、制...     

高功率脉冲磁控溅射制备TiNx涂层研究

采用高功率复合脉冲磁控溅射技术(HPPMS)在316不锈钢、硬质合金基体上沉积了TiN薄膜,研究不同N2流量下TiNx膜层的沉积速率、硬度、晶体生长取向、摩擦磨损等性能,并在相同的平均靶电流下与直流磁控溅射制备的TiN薄膜对比.结果表明:HPPMS制备的膜层更加致密,在氩氮流量比为7.4∶1时膜层显微硬度达2470 HV,晶粒尺寸也明显小于直流磁控溅射制备的TiN,摩擦磨损性能也得到了改善.     

高功率脉冲磁控溅射试验平台设计及放电特性研究

高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)因其高离化率而得到广泛关注,是目前的热点研究方向,为此我们搭建了试验平台并对HPPMS的放电特性进行了研究.结果表明:脉冲峰值电流随脉冲电压的增加而增加,随着气压的增加而增加.本文为进一步研究高功率脉冲磁控溅射提供了硬件条件和参考.     

溅射电压对高功率脉冲磁控溅射Cu箔微观结构及性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）工艺制备出铜（Cu）箔,研究了溅射电压对Cu箔微观结构和性能的影响。结果表明：在溅射电压700～950V范围内,Cu箔均呈现出明显的（111）晶面择优取向,其晶粒尺寸在27.7～36.5nm之间,相对密度在96.1%～98.5%之间,明显优于普通直流磁控溅射制备的Cu箔;随着溅射电压的增大,Cu箔由韧性逐渐向脆性转变,其电阻率逐渐降低至2.38μΩ·cm,接近纯Cu的本体电阻率。     

基体偏压对高功率脉冲磁控溅射CrN薄膜结构及阻氢性能的影响

氢在金属材料中主要做原子扩散,而在陶瓷材料中主要做分子扩散,因此渗透率相对于金属材料比较低,因此可以通过在金属材料表面溅射一层陶瓷薄膜,降低氢的扩散系数,从而起到保护基体材料的效果。本文采用高功率脉冲磁控溅射技术在316L不锈钢基体上溅射CrN薄膜。Cr靶外加直流复合脉冲式HiPIMS电源,控制基体偏压分别为100、200、300和400V,时间为60 min,四组CrN薄膜的渗氢抑制率均超过75%,最高可达94.8%,氢原子扩散系数最高可比316L不锈钢基体低3个数量级。此外,针对高温时氮化物薄膜会因为发生氧化反应生成其他化合物而导致薄膜阻氢性能下降的问题,本文在600℃、纯氧气气氛下验证薄膜的高温抗氧化性。结果表明本文制备的CrN阻氢薄膜在相同条件下氧的增重量仅为316L不锈钢基体的50%,本身具备优良的抗氧化性能。     

高功率脉冲磁控溅射电源的研制

高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)因其高离化率而得到广泛关注.高压大电流脉冲电源是实现该技术的重要环节之一.本论文介绍了一种HPPMS电源,该电源由充电电源、斩波输出两部分组成,给出了主电路框图.分析了大电流对斩波开关过电压的影响,采用RC吸收和续流有效地抑制了电压过冲,用所研制的电源进行HPPMS镀膜试验,结果表明电源运行稳定可靠,制备的薄膜表面清洁、致密,其平均表面粗糙度很低.可以预见HPPMS技术将会促进镀膜技术的发展.     

复合高功率脉冲磁控溅射放电等离子体特性

高功率脉冲磁控溅射具有高的金属离化率,在薄膜制备表现出巨大的优势,成为当前磁控溅射技术领域一个新的发展趋势。高功率脉冲磁控溅射的放电特性、等离子体特性等微观参数对薄膜质量控制具有决定性作用,分析宏观参数如何影响微观参数,有利于提高薄膜质量,稳定工艺。因此,本文研究了脉冲与直流电源并联模式的复合高功率脉冲磁控溅射过程中,脉冲电压(400~800 V)对Ti、Cr靶在Ar气氛中的放电特性、等离子体参数(等离子体电势、电子温度、电子密度)、基体电流的影响。结果表明:复合高功率脉冲磁控溅射Ti、Cr靶放电过程中,脉冲电压的增加有利于脉冲作用期间的靶电压、靶电流、基体电流增加;当Ti靶脉冲电压为600 V或Cr靶脉冲电压为700 V时,电子密度出现较大值。Cr靶与Ti靶放电相比,前者的靶电流、基体电流、等离子体电势、电子温度比后者更高,而电子密度却更低。     

脉冲磁控溅射氮化铬薄膜及其性能研究

采用新型脉冲磁控溅射技术制备了一系列氯化铬膜，对所制备的不同厚度薄膜进行了AFM和SEM形貌等分析．测定了薄膜的膜基结合强度和硬度，并对薄膜的摩擦学性能进行了研究。结果表明：通过使用铬过渡层可以提高膜基结合强度，镀层厚度对镀层摩擦学性能有影响，膜厚为1200nm的氯化铬膜试样显示出来高硬度、低摩擦系数和良好的抗磨性。     

高功率调制脉冲磁控溅射沉积TiAlSiN纳米复合涂层结构调控与性能研究

采用高功率调制脉冲磁控溅射Al/(Al+Ti)原子比(x)分别为0.25、0.5和0.67的TiAlSi合金靶, 溅射功率1~4 kW, 氮气分压25%, 工作气压0.3 Pa, 在Si(100)和AISI 304奥氏体不锈钢基片上沉积了TiAlSiN纳米复合涂层。TiAlSiN涂层中氮含量保持在52.0at%~56.7at%之间, 均形成了nc-TiAlN/a-Si₃N₄/AlN纳米晶/非晶复合结构。随着原子比x增加, 非晶含量增加, 涂层硬度先升高而后降低。当x=0.5时, 硬度最高可达28.7 GPa。溅射功率升高可提高溅射等离子体中金属离化程度, 促进涂层调幅分解的进行, 形成了界面清晰的非晶包裹纳米晶结构, 且晶粒尺寸基本保持不变。当x=0.67时, 溅射功率由1 kW上升到4 kW时, 硬度由16.4 GPa升至21.3 GPa。不同靶材成分和溅射功率条件下沉积的TiAlSiN涂层的磨损率为(0.13~6.25)×10^-5 mm³/(N·m), 具有优良的耐磨性能。当x=0.67, 溅射功率2 kW时, nc-TiAlN/a-Si₃N₄纳米复合涂层具有最优的耐磨性能。     

Mg2Si薄膜的磁控溅射制备及表征

采用直流磁控溅射的方法在Si(100)衬底上制备了Mg2Si外延半导体薄膜。通过XRD和FESEM对Mg2Si薄膜的晶体结构和表面形貌进行了表征,分析了溅射功率对Mg2Si薄膜制备的影响,得到了Mg2Si薄膜在不同溅射功率下的外延生长特性。结果表明,在Si(100)衬底上,Mg2Si薄膜具有(220)的择优生长特性,并且在50~80W的溅射功率范围内,随着溅射功率的增加,Mg2Si外延薄膜的衍射峰强度逐渐增强。     

氮流量比对磁控溅射(CoCrFeNi)Nx高熵合金薄膜的组织和性能的影响

采用直流磁控溅射法制备(CoCrFeNi)N_x高熵薄膜,研究了氮流量比对薄膜的力学性能和电磁性能的影响。结果表明,在不同氮流量比条件下制备的(CoCrFeNi)N_x薄膜,都具有致密的组织、简单的FCC结构并呈现(200)择优取向。随着氮流量比从10%提高到30%,薄膜的硬度和弹性模量随之增大,其最大值达到14 GPa和212 GPa;电阻率基本上呈增大的趋势,最大值达到138 μΩ?cm;饱和磁化强度和磁导率随之减小,薄膜饱和磁化强度最高为427.43 emu/cm³。薄膜的矫顽力约为0。     

溅射功率对磁控溅射法制备MgF2薄膜组织和性能的影响

为了减少磁控溅射法沉积MgF₂薄膜的F贫乏缺陷, 在工作气体Ar₂中加入SF₆作为反应气体, 在石英玻璃衬底上用射频磁控溅射法制备了MgF₂薄膜, 研究了溅射功率对MgF₂薄膜化学成分、微观结构和光学性能的影响。结果表明, 随着溅射功率从115 W增加到220 W, F: Mg的原子比不断增加, 185 W时达到2.02, 最接近理想化学计量比2 : 1;薄膜的结晶度先提高后降低, 最后转变为非晶态; MgF₂薄膜的颗粒尺寸先是有所增加, 轮廓也变得更加清晰, 最后又变得模糊。MgF₂薄膜的折射率先减小后增大, 在185 W时获得最低值, 550 nm波长的折射率1.384非常接近MgF₂块体晶体;镀膜玻璃在300~1100 nm范围内的透光率(以下简称薄膜透光率)先增大后减小, 185 W时达到94.99%, 比玻璃基底的透光率高出1.79%。     

射频磁控溅射制备HfLaO薄膜结构和光学性能研究

采用射频磁控溅射技术制备HfLaO薄膜, 利用X射线衍射(XRD)分析了薄膜的微结构, 通过紫外?可见光分光光度计测量了薄膜的透过谱, 计算了薄膜的折射率和禁带宽度, 利用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌. 结果表明: 沉积态HfLaO(La: 25%~37%)薄膜均为非晶态, 随着La掺入量的增加, HfLaO薄膜的结晶化温度逐渐升高, HfLaO(La~37%)薄膜经900℃高温退火后仍为非晶态, 具有优良的热稳定性, AFM形貌分析显示非晶薄膜表面非常平整. 随着 La掺入量的增加, HfLaO薄膜的透射率先降后增, 在可见光范围薄膜均保持较高的透射率(82%以上). HfLaO薄膜的折射率为1.77~1.87. 随着La掺入量的增加, HfLaO薄膜的折射率呈先增后降的变化趋势, 同时HfLaO薄膜的Eg逐渐降低, 分别为5.9eV(La~17%)、5.87eV(La~25%)、5.8eV(La~33%)和5.77eV(La ~37%).     

直流磁控溅射法制备掺钛氧化锌透明导电薄膜

采用直流磁控溅射法在室温水冷玻璃衬底上制备出高质量的掺钛氧化锌(ZnO:Ti)透明导电薄膜,研究了溅射功率对ZnO:Ti薄膜结构、形貌和光电性能的影响,结果表明,溅射功率对ZnO:Ti薄膜的结构和电阻率有显著影响.XRD表明,ZnO:Ti薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向.当溅射功率为130W时,实验制备的ZnO:Ti薄膜的电阻率具有最小值9.67×10~(-5)Ω·cm.实验制备的ZnO:Ti薄膜具有良好的附着性能,可见光区平均透过率超过91%.ZnO:Ti薄膜可以用作薄膜太阳能电池和液晶显示器的透明电极.     

溅射沉积掺Ag的SnSe薄膜的微结构和热电性能

使用粉末烧结SnSe合金靶高真空磁控溅射制备掺杂Ag的SnSe热电薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段分析薄膜的相组成、表面形貌、截面形貌、微区元素含量和元素分布,利用塞贝克系数/电阻分析系统LSR-3测量沉积薄膜的电阻率和Seebeck系数,研究了不同Ag含量SnSe薄膜的热电性能。结果表明,采用溅射技术可制备出正交晶系Pnma结构的SnSe相薄膜,掺杂的Ag在薄膜中生成了纳米Ag₃Sn。与未掺杂Ag相比,掺杂Ag的SnSe薄膜其电阻率和Seebeck系数(绝对值,下同)明显减小。并且在一定掺杂范围内,掺杂Ag越多的薄膜电阻率和Seebeck系数越小。未掺杂Ag的SnSe薄膜样品,其Seebeck系数较大但是电阻率也大,因此功率因子较小。Ag掺杂量(原子分数)为7.97%的样品,因其Seebeck系数绝对值较大而电阻率适当,280℃时的功率因子最大(约为0.93 mW·m^-1·K^-2),比未掺杂Ag的样品(PF=0.61 mW·m^-1·K^-2)高52%。掺杂适量的Ag能提高溅射沉积的SnSe薄膜的热电性能(功率因子)。