氮分压对反应溅射(Ti,Al)N薄膜微结构与力学性能的影响

采用Ti-Al复合靶在不同氮分压下制备了一系列(Ti,Al)N薄膜,用EDS、XRD、TEM和微力学探针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,氮分压对(Ti,Al)N薄膜影响显著:合适的氮分压可以得到化学计量比的(Ti,Al)N薄膜,薄膜为单相组织,并呈现(111)择优取向,最高硬度和弹性模量分别达到34.4GPa和392GPa;过低的氮分压不但会造成薄膜贫氮,而且薄膜中的Al含量偏低,硬度不高;过高的氮分压下,由于存在"靶中毒"现象,尽管薄膜的成分无明显变化,但会大大降低其沉积速率,并使薄膜形成纳米晶或非晶态结构,薄膜的硬度也较低.     

射频反应溅射(Al,Ti)N涂层的微结构与力学性能

采用Al-Ti镶嵌复合靶在不同氮分压下制备了一系列(Al,Ti)N涂层,并采用EDS,AFM,XRD,TEM和微力学探针表征了涂层的沉积速率、化学成分、微结构和力学性能,研究了氮分压对涂层的影响.结果表明,氮分压对(Al,Ti)N涂层影响显著:合适的氮分压可以得到化学计量比的(Al,Ti)N涂层,涂层为单相组织,并呈现(111)择优取向,最高硬度和弹性模量分别达到36.9GPa和476GPa.过低的氮分压不但会造成涂层贫氮,而且涂层中的Al含量偏低,硬度不高.氮分压过高,由于存在"靶中毒"现象,尽管涂层的成分无明显变化,但会大大降低其沉积速率,并使涂层形成纳米晶或非晶态结构,涂层的硬度也较低.     

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。     

(Ti,Al, Cr)N膜系的研究进展

总结了(Ti,Al,Cr)N膜系的沉积方法并讨论了化学成分、N2流量以及基底偏压等工艺参数对薄膜产生的影响,针对(Ti,Al,Cr)N膜系的相组成与膜层成分、抗氧化性、耐腐蚀性、显微硬度、抗摩擦磨损性能以及膜基结合力等方面进行了详细阐述.在此基础上,对(Ti,Al,Cr)N膜系的未来发展进行了展望,以期为多组元氮化物硬...     

辅助离子束对中频孪生磁控反应溅射制备氧化钛光学薄膜的影响

本文利用孪生靶50 kHz中频磁控反应溅射的方法,在多孔阳极层离子束源产生的低温离子束辅助条件下制备了光学性能良好的氧化钛薄膜。利用原子力显微镜、分光光度计、椭圆偏振光谱仪研究了离子束功率以及退火温度对氧化钛薄膜形貌、光学折射率和消光系数、孔隙率等的影响。结果表明:利用中频孪生磁控溅射的方法将沉积工艺控制在反应过渡区,可以有效的抑制钛靶中毒和阳极消失,反应溅射过程稳定;辅助离子束提高了等离子体的电荷密度;氧化钛薄膜堆积密度和光学折射率也有所提高,薄膜表面趋于平坦,孔隙率降低。氧化钛薄膜在高温退火处理时由于出现从非晶到多晶转变以及晶体长大与转变,结构逐渐趋于完整,表面粗糙度不断增加;800℃时完全转化为金红石相,晶粒直径约70 nm。     

反应溅射(Al,Ti)(O,N)涂层的微结构与力学性能

采用Al-Ti镶嵌复合靶在Ar、N2和O2混合气体中反应溅射制备了一系列(Al,Ti)(O,N)涂层.并采用EDS、XRD、TEM和微力学探针研究了薄膜的化学成分、微结构和力学性能.结果表明,随氧分压的提高,涂层中氧含量逐步增加,氮含量相应减少,(Al Ti):(O N)的化学计量比仍约为1:1,涂层保持与(Al,Ti)N涂层相同的NaCl结构.低氧含量时薄膜在(111)方向上择优生长,随着氧含量的提高,涂层生长的择优取向发生改变,高氧含量薄膜样品呈现强烈(200)织构的柱状晶.与此同时,(Al,Ti)(O,N)涂层的硬度和弹性模量也仍保持在与(Al,Ti)N涂层相当的35GPa和370～420GPa的高值.由于涂层中形成了相当含量的氧化物,这类涂层的抗氧化能力有望得到提高.     

离子束辅助沉积（Ti,Al）N梯度薄膜的结合强度

本文采用离子束辅助沉积技术，制备了不同成分梯度的一系列（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）Ｎ膜（其中ｘ＝０．１６～０．４４），并利用刮剥式结合强度测量方法，对薄膜成分对结合强度、内应力、硬度等的影响进行了研究。研究工作发现，刮剥法测得的结合强度，在ｘ＝～０．３１处取得最大结合强度值后，随薄膜成分梯度的增大而下降，但在重要的４０％～５０％Ａｌ区域内，梯度（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜的结合强度、硬度以及内应力却都维持在一个较为稳定的水平，较少受薄膜成分等的影响。梯度（（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜的结合强度主要受膜中残余应力的影响。     

(Ti,Al)N薄膜的升温出气特性研究

介绍了采用多弧离子镀方法在不锈钢表面镀覆(Ti,Al)N薄膜,并对膜的结构、表面成分和形貌进行了简单分析,用热出气方法研究其出气特性,并与不锈钢的热出气性能进行比较,发现在不锈钢表面镀覆一层(Ti,Al)N膜可以有效地阻挡不锈钢体内氢扩散和碳偏析,因此(Ti,Al)N是比较理想的真空材料。     

Ti1-xAlxN薄膜的制备及性能研究

介绍了利用反应溅射法制备Ti1-xAlxN薄膜的工艺过程，测量并分析了Ti1-xAlxN薄膜的光学性能及电阻率与薄膜成分的关系。结果表明，Ti1-zalxN薄膜的折射率和消光系数均随薄膜中Al含量x的增加而减小，电阻率则随x的增加而增大。并从薄膜的基本结构变化过程对实验结果作出解释。     

(Zr,Al)N薄膜的微结构及性能研究

采用射频磁控反应溅射在单晶Si(100)上沉积了一系列不同Al含量的(Zr,Al)N薄膜,利用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和微力学探针对薄膜的成分、结构、力学和抗氧化性能进行了表征。研究结果表明,当Al含量在0%~20.31%(原子分数)之间时,薄膜是B1型(NaCl)单相结构;当Al含量为31.82%时,同时出现B1和B4型(ZnS)双相结构。当Al含量超过36.82%时,以B4结构为主。随着铝含量的增加,薄膜晶面间距减小,晶格常数变小。薄膜的力学性能测试表明,适当的Al含量可以提高薄膜的硬度。随着Al含量的增加,薄膜的抗氧化性能得到改善,对于B1型(Zr,Al)N薄膜,其结构稳定性也得到增强。     

磁控双靶反应共溅射(Ti,Al)N薄膜的研究

采用磁控双靶反应共溅射技术制备出了(Ti0.5Al0.5)N耐磨硬质薄膜,其显微硬度高于35GPa,摩擦系数小于0.18.实验结果表明当N2流量较低时,(Ti,Al)N薄膜结构和性能随N2流量变化明显;当N2流量较高时,薄膜结构和性能变化缓慢.等离子体发射光谱仪(PEM)对磁控反应溅射过程监测结果表明,钛铝原子与氮原子反应存在一个临界点,低于临界点,磁控反应溅射为金属态溅射模式,高于临界点,磁控溅射向非金属态溅射模式转变,溅射速率降低.     

氧离子能量对离子束辅助沉积Al2O3薄膜的结构及光学性能的影响

利用氧离子束辅助脉冲反应磁控溅射技术在聚酰亚胺基底上沉积Al2O3薄膜。这项技术在溅射高纯铝靶材的同时利用低能氧离子进行氧化来控制薄膜的化学配比。研究了薄膜沉积过程中离子束辅助的作用以及离子束放电电压对Al2O3薄膜的化学成分、结构、表面形貌、光学性能以及沉积速率的影响。结果发现,离子束放电电压对薄膜的化学成分具有显著影响,当电压增加到200 V,薄膜已基本达到完全化学计量比且薄膜为非晶结构;薄膜表面粗糙度随着离子束放电电压的增加而减小,当电压达到300V时,薄膜具有最小的表面粗糙度;通过对Al2O3薄膜透射谱的测量,分析薄膜的光学特性,获得了薄膜的光学常数随离子束放电电压的变化规律,发现氧离子束辅助沉积的薄膜具有较高的折射系数和较低的消光系数;另外,薄膜的沉积速率在电压增加到300V时达到最大值70 nm/min,是未采用离子束辅助时沉积速率的5倍。     

射频反应磁控溅射制备低辐射薄膜

采用射频反应磁控溅射法制备了低辐射薄膜.对低辐射膜的薄膜结构的设计和测试结果表明：较合适的膜层结构是空气/二氧化钛/钛/银/二氧化钛/玻璃基片的多层结构.用扫描电镜分析了保护层钛层的作用,研究表明：银膜很容易氧化失效,失去反射红外紫外光作用,在表面镀覆钛保护层可以很好地保护银,避免银氧化,从而提高使用寿命.用分光光度计测试样品的透射率,当保护层钛层厚度为1 nm时,相应的膜系在可见光区（380 nm～780 nm）,最高透射率可达82.4%,平均透射率是75%;在近红外区（780 nm～2500 nm）的平均透射率为16.2%,可以满足建筑物幕墙玻璃等低辐射膜的要求.     

Microstructure and Mechanical Properties of Multilayer Ti(C,N) Films by Closed-field Unbalanced Magnetron Sputtering Ion Plating

Ti(C, N) multilayer films have been prepared by closed-field unbalanced magnetron sputtering technology and using graphite target as the C supplier. Microstructural observation results showed that the Ti(C, N) films exhibited multilayer structure with most of fine nano-columnar Ti(C, N) grains existing in the films. The current of graphite target had an effect remarkably on the multilayer structure of films: the periodical thickness gradually increased as the current went up, but the grain size of films gradually decreased and even amorphous phase appeared as the current further increased. The microstructure of Ti(C, N) films changed from columnar crystallite to nanocomposite in high current of graphite target where the fine Ti(C, N) grains were distributed uniformly in the amorphous Ti(C, N) matrix, and the volume fraction of the amorphous phase increased with increasing current. Measurement results showed that the Ti(C, N) multilayer films have high microhardness and low friction coefficient, and especially the film deposited in the current of 0.9 A exhibits superior properties with optimizing hardness and friction coefficient. Based on the relationship of the microstructure and the properties of films, the multilayer structure and fine grain size of Ti(C, N) films are responsible for their well mechanical and friction properties. And choosing the graphite target as the C supplier is more propitious to decrease the friction coe±cients of films.     

直流反应磁控溅射法制备VO_2薄膜

VO2是一种相变材料.发生相变时,VO2的电阻、透过率、反射率都会发生显著的变化;反应磁控溅射法是制备VO2薄膜的一种比较理想的方法.文中,重点讨论氧氩气质量流量比m(O2)/m(Ar)、基片温度以及沉积后薄膜的退火处理对制备薄膜成分、结构和性能的影响.通过分析得出m(O2)/m(Ar)比在113和112间具有较高的VO2含量;基片温度在250℃时具有较佳的VO2结晶特性;450 ℃保持2 h的真空退火处理可以改变薄膜成分和结构,使高价的V2O5薄膜还原到四价的VO2,且明显减少薄膜的氧缺陷,提高氧原子的含量,减少空洞,增加晶粒尺寸提高膜的致密度.     

离子束增强反应磁控溅射低温快速沉积AlN膜

本文采用氮离子束增强反应磁控溅射,在低温下沉积了 AlN 薄膜.用 X 射线衍射和 X 射线光电子谱对薄膜的晶体结构和电子结构进行了分析,结果表明,随着离子源中氮离子束流的增加,薄膜组成由面心立方的 Al 转变为密排立方的 AlN.氮离子在薄膜制备中的引入,有效地降低了沉积温度,提高沉积速率,并实现了薄膜 N/Al 化学计量比的控制.对 AlN 薄膜的紫外-可见光透射谱和红外吸收谱也进行了测定.     

射频反应磁控溅射法制备N掺杂p型氧化亚铜薄膜

通过射频反应磁控溅射方法在玻璃衬底上制备N掺杂的Cu2O薄膜,采用X射线衍射、分光光度计、X射线光电子能谱和霍尔效应等检测,研究了氮气掺杂对Cu2O薄膜性能的影响。结果表明:随着N原子的掺入,薄膜的结晶质量下降,光学带隙从2.28 eV升至2.47 eV左右,同时薄膜的电学性能趋于稳定。当N2/O2流量比率为0.6时,薄膜电阻率为1.5Ω.cm,空穴浓度为2.16×1019cm-3,霍尔迁移率为0.5 cm2.V-1.s-1。     

工艺参数对离子束溅射ZnO∶Al薄膜结构与性能的影响

以ZnO(掺杂2%Al2O3)陶瓷靶作为靶材,采用离子束溅射技术在BK7玻璃基底上制备AZO透明导电薄膜。研究不同工艺参数对ZnO∶Al(AZO)薄膜结构与光电性能的影响。结果表明,不同等离子体能量下制备的AZO薄膜均出现ZnO(002)特征衍射峰,具有纤锌矿结构且c轴择优取向;AZO薄膜的结晶质量和性能对基底温度有较强的依赖性,只有在适当的基底温度下,可改善结晶程度且利于颗粒的生长,呈现较低的电阻率;不同厚度的AZO薄膜均出现较强的ZnO(002)特征衍射峰且随着厚度的增加,ZnO(110)峰强度不断加强,相应晶粒尺寸变大,但缺陷也随之增多;同时得出利用离子束溅射方法制备AZO薄膜的最佳工艺为:等离子体能量为1.3 keV、基底温度200℃和沉积厚度为420 nm,该参数下制备的薄膜结晶程度较高、生长的颗粒较大,相应薄膜的电阻率较低且薄膜透射率在可见光区均达到80%以上。     

离子束辅助磁控溅射制备类石墨碳膜的结构与性能研究

采用离子束辅助磁控溅射技术(IBMSD)制备了高硬度、低电阻率的类石墨碳膜(GLC), 用TEM和XRD考察其组成相, 用XPS、FTIR和电阻率间接确定其碳键结构, 并测定了不同气体和离子能 量辅助轰击下制备的几组薄膜的沉积速率、成分、硬度和粗糙度等. 结果表明: 采用IBMSD制备的GLC是一种以sp²键为主的非晶硬质碳膜. CH₄辅助轰击较Ar有利于提高沉积速率. 辅助轰击能量的增大使薄膜表面粗糙度先减小后增大, 硬度的变化一定程度上与粗糙度相关.     

工艺参数对直流溅射沉积CrAlN涂层结构和性能的影响

采用直流反应磁控溅射的方式,用AlCr合金靶,在高速钢(M2)上沉积CrAlN涂层。采用扫描电镜、X射线衍射、能谱和纳米压痕仪等分析和测量手段,系统研究了Ar/N2气流比、气压和基片温度等工艺参数对CrAlN涂层结构和性能的影响。研究表明,Ar/N2气流比、气压和基片温度对涂层均有较大的影响,当Ar/N2气流比为1、总气压为0.2 Pa、基片温度为300℃时所得涂层性能最好,最高硬度和弹性模量分别为34.8,434.3 GPa。