直流反应磁控溅射制备氧化铝薄膜

采用直流反应磁控溅射,以高纯Al为靶材,高纯O2为反应气体,在镍基合金和单晶硅基片上制备了氧化铝薄膜,并对氧化铝薄膜的沉积速率和表面形貌进行了研究.结果表明,氧化铝薄膜的沉积速率随溅射功率的增大先几乎呈线性增大而后增速趋缓;随溅射气压的增加,沉积速率先增大,在1.0Pa时达到峰值,而后随气压继续增大而减小;随Ar/O2流量比的不断增加,沉积速率也随之不断增大,但是随着负偏压的增大,沉积速率先急剧减小而后趋于平缓.用扫描电子显微镜对退火处理前后的氧化铝薄膜表面形貌进行观察,发现在500℃退火1h能够使氧化铝薄膜致密化和平整化.     

本底真空对磁控溅射镍铬合金薄膜电阻的影响

目的研究本底真空对溅射镍铬合金薄膜性能的影响。方法在不同溅射时间下制备了不同厚度的镍铬合金薄膜,采用4、6、8、10 h不同的抽真空时间制备薄膜样品,并在空气、氮气及真空气氛中,对同一工艺条件下制备的镍铬合金薄膜样品分别在300、400、500℃下进行热处理,所有样品分别测试方块电阻。结果不同厚度的镍铬合金薄膜的方块电阻与薄膜厚度之间存在非线性关系,样品的方块电阻随着溅射前抽真空时间的增加而降低。在真空和空气中进行热处理的薄膜的方块电阻变化规律一致,而在氮气中的则相反。结论本底真空残留气体对镍铬合金薄膜的氧化是引起薄膜电阻率增大的主要原因,即射频磁控溅射镍铬合金薄膜被氧化而使电阻率增大,随着溅射时间的增加,残留气体影响减小,导致电阻率降低。前期抽真空时间大于9 h,靶材溅射清洗时间大于110 min时,制备的镍铬合金薄膜电阻率才趋于稳定。     

高功率脉冲磁控溅射制备非晶碳薄膜研究进展

非晶碳薄膜主要由sp3碳原子和sp2碳原子相互混杂的三维网络构成,具有高硬度、低摩擦系数、耐磨损、耐腐蚀以及化学稳定性等优异性能。然而传统制备方法难以实现薄膜结构及其性能的综合调控,高功率脉冲磁控溅射因其离子沉积特性受到领域内专家学者的关注。总结了近年来关于高功率脉冲磁控溅射制备非晶碳薄膜材料的研究进展。重点介绍了高功率脉冲磁控溅射石墨靶的放电特性,指出了其在沉积非晶碳薄膜过程中获得高碳原子离化率的条件。针对离化率和沉积速率低,主要从提高碳原子离化率和碳离子传输效率等角度,介绍了几种改进的高功率脉冲磁控溅射方法。并对比了不同高功率脉冲磁控溅射方法中的碳原子离化特征、薄膜沉积速率、结构和力学性能。进一步地,探讨了高功率脉冲磁控溅射在制备含氢非晶碳薄膜和金属掺杂非晶碳薄膜中的优势及其在燃料电池、生物、传感等前沿领域的应用。最后,对高功率脉冲磁控溅射石墨靶的离子沉积特性、非晶碳薄膜制备及其应用研究趋势进行了展望。     

磁控溅射制备纳米Ni-Ti薄膜工艺研究

为了得到高质量的纳米薄膜，对直流磁控溅射法制备Ni-Ti薄膜工艺进行了研究。采用单晶硅和玻璃两种基体材料，并在不同的基体温度、晶化温度、溅射功率等条件下制备薄膜。之后对薄膜进行了XRD，SEM分析。分析结果表明：薄膜成分、厚度、表面形貌、致密度与溅射功率、基体温度、晶化温度、基体材料密切相关。并根据实验结果给出优化的纳米Ni-Ti薄膜制备工艺。     

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。     

溅射功率和气压对直流磁控溅射制备钨薄膜的影响

钨薄膜具有高熔点、高导电性、优异的耐化学腐蚀性和强抗辐照性等特性,广泛的应用于微电子、核能工程等领域。由于薄膜的结构和性能对沉积参数具有很强的依赖性,因此控制沉积过程的工艺参数对获得优异性能的钨薄膜至关重要。采用DC磁控溅射技术在硅衬底上制备钨薄膜,探究了溅射功率和气压对钨薄膜沉积速率、电阻率和相结构的影响。采用原子力显微镜、XRD、轮廓仪、四探针电阻测量表征了薄膜的微观结构和电学性能。结果表明,薄膜的沉积速率受溅射功率和气压共同影响,随功率的增加呈线性增加,随溅射气压的增加先达到峰值,然后下降。薄膜的电阻率和表面粗糙度的大小依赖于溅射气压,且随溅射气压的增加而增加,薄膜电阻率的增加可能是由于表面粗糙度的增加导致的。在恒定的溅射功率下,β-W的形成主要取决于溅射气压,几乎所有β-W相都在高溅射气压下形成,然而,当溅射功率足够大,在较高的气压下也会观察到部分α-W相的形成。钨薄膜中特定相结构(α-W/β-W)的形成,不仅取决于沉积气压,还与溅射功率相关,归根可能与入射到基片的原子能量相关。     

Al基上偏压磁控溅射Cu薄膜的工艺研究

利用磁控溅射方法,通过对衬底施加负偏压吸引等离子体中的阳离子对衬底进行轰击,在Al箔上制备Cu薄膜。采用强力胶带试验及数字式微欧计考察了负偏压对薄膜附着力和方块电阻的影响,以及Cu薄膜的氧化规律。结果表明,样品的附着力随负偏压的增大先急剧增加,后又下降,负偏压为200V时附着力最强,为76N;方块电阻则随负偏压的增大先下降,在200V达到最小值1．575Ω/□,而后又增大;Cu薄膜的氧化反应完成的时间与Cu膜厚度基本呈线性规律。     

磁控溅射制备纳米Ni-Ti薄膜工艺研究

为了得到高质量的纳米薄膜,对直流磁控溅射法制备Ni-Ti薄膜工艺进行了研究.采用单晶硅和玻璃两种基体材料,并在不同的基体温度、晶化温度、溅射功率等条件下制备薄膜.之后对薄膜进行了XRD,SEM分析.分析结果表明:薄膜成分、厚度、表面形貌、致密度与溅射功率、基体温度、晶化温度、基体材料密切相关.并根据实验结果给出优化的纳米Ni-Ti薄膜制备工艺.     

离子束辅助磁控溅射沉积TiN薄膜的研究

利用三离子束辅助沉积设备，以离子束辅助沉积、磁控溅射和离子束辅助磁控溅射几种工艺在GCr15基体上沉积TiN薄膜。实验结果表明：离子束辅助磁控溅射有效地提高了薄膜的硬度、耐磨性和耐蚀性，改善了膜基结合力。     

直流反应磁控溅射制备 a-C:H 薄膜及其表面粗糙度研究

为研究含氢类金刚石(a-C:H)薄膜的制备及性能,充入含—CH3原子团的CH4气体,在不同CH4/Ar流量比条件下于N型硅基底上沉积a-C:H薄膜,并借助椭偏仪、非接触式白光干涉仪及激光波面干涉仪对薄膜的沉积速率及表面粗糙度进行测定。结果表明,含氢碳源气体的加入提高了类金刚石薄膜的沉积速率,改善了表面平整度。     

磁控溅射中溅射电流对Ti薄膜膜基结合性能的影响

研究在磁控溅射工艺中工作压强和溅射时间恒定的情况下,溅射电流的变化对钛膜与基底Gd结合能力的影响.通过拉伸法测量薄膜与基体间的附着强度,利用扫描电镜观察Ti膜表面形貌.结果表明:溅射电流达到3 A时,Ti膜表面平整,与基体的结合力最强.由此说明,溅射电流的变化对钛膜与基底Gd结合能力的影响较大.     

磁控溅射法制备W-Cu薄膜的研究

采用W70Cu30单靶磁控溅射与纯W、纯Cu双靶磁控共溅两种工艺,在多种基材上制备W-Cu薄膜,分析了薄膜的宏观形貌和组织结构.分析结果表明:单靶磁控溅射时,控制靶电压520 V,溅射电流0.8～1.2A,Ar气流量25 mL/min(标准状态),可在玻璃基体上镀得W-Cu薄膜,但退火时如温度过高,会使W和Cu两种元素原子偏聚加重;双靶磁控溅射时,控制Ar气流量20 mL/min(标准状态),Cu靶电流0.7A,W靶电流1.2A,溅射时间3600 s,可在硅基和玻璃基上镀得W-Cu薄膜,但在石墨基体、陶瓷基体及45钢基体上的镀膜效果不理想.     

非平衡磁控溅射沉积Ti-N薄膜色彩和性能调控研究

目的研究Ti-N薄膜颜色和硬度及其结合强度的影响因素。方法利用封闭磁场非平衡磁控溅射离子镀膜技术,该变溅射偏压、氮气流量等参数,分别在304不锈钢基体和载玻片基体上沉积多彩Ti-N薄膜。用努氏硬度、划痕法和球坑法分别评价Ti-N薄膜的显微硬度和结合强度等性能。结果当偏压和溅射电流分别为-60 V和2 A时,将反应气体氮气流量从3sccm逐渐增加到20sccm,Ti-N薄膜颜色依次发生从"淡黄-金黄-红黄-紫红-金黄"的循环变化趋势。薄膜的硬度随氮气流量的增加在601~700HK之间呈逐步上升的趋势。膜基结合普遍较好。当氮气流量和溅射电流分别为10sccm和2 A时,将负偏压从-50 V逐渐增加到-120 V,薄膜颜色从淡黄色变成金黄色,膜基结合强度较好。硬度随偏压的增加变化不明显。结论影响Ti-N薄膜颜色的主要因素为氮气流量,偏压也可以轻微地改变薄膜颜色,但对薄膜性能影响并不明显。     

射频辅助磁控溅射制备梯度Cr/CrC膜的性能

目的 改善CrC薄膜的制备工艺,提高薄膜的结合强度。方法 采用射频偏压辅助磁控溅射技术,以Cr和石墨为靶材,C2H2为反应气体,在M42高速钢表面制备梯度Cr/CrC膜。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、Raman光谱仪分析薄膜的微观形貌、成分组成、键结构,用纳米压痕仪、洛氏硬度计对薄膜的结合性能进行评价。结果 成功制备了表面致密均匀的梯度Cr/CrC薄膜,薄膜中sp3键含量随石墨靶射频功率的增加而呈现先增大后减小的趋势。薄膜的结合强度随射频功率的增大而先增大后减小,射频功率为250 W时,薄膜中含有最多的sp3键,并且有最高的硬度,硬度值为21 GPa。结论 纯Cr过渡层能有效吸收薄膜中的内应力,改善膜/基结合性能,对Cr/CrC薄膜结合强度有明显增强作用。石墨靶的射频功率大小对梯度Cr/CrC膜的结构和结合强度有显著影响,射频功率为250 W时,制备出的薄膜具有最高的硬度和结合强度。     

磁控溅射制备Fe-Ga薄膜研究

研究了磁控溅射工艺中溅射功率对制备Fe-Ga薄膜的影响,对薄膜进行了热处理以及硬度测试.结果发现,在50～100W,薄膜厚度随溅射功率的增大而增加,并且在100W时所得的薄膜厚度和致密性最佳.热处理后发现薄膜变得更致密、更均匀.在一定功率范围内,薄膜的硬度也随溅射功率的增加而增加.     

磁控溅射法制备T型柔性薄膜热电偶EI北大核心CSCD

为解决测温元器件薄而不柔的问题,适应柔性测温技术需求,采用真空卷绕磁控溅射技术制备T型柔性薄膜热电偶。通过对制备过程中溅射功率和时间的研究,系统分析制备条件对柔性薄膜热电偶的薄膜厚度及表面电阻的影响,将T型柔性薄膜热电偶进行校准测试后,确定最佳制备条件。结果表明,80 W直流溅射40 min制得阳极铜膜;150 W直流溅射40 min制得阴极铜镍合金(康铜)膜,组合而成的柔性热电偶测温性能最佳。磁控溅射工艺制备厚度为0.05mm、长度为130mm以上的T型柔性薄膜热电偶,其温度测量范围可达-50.0~150.0℃,温度最大偏差仅为±0.3℃,具有良好的灵敏度及测温能力。T型柔性薄膜热电偶的可控制备,实现T型热电偶既柔又薄,减少传统测量方式引起的误差,为其大规模生产应用奠定了基础。     

镁合金表面Ni+C涂层的耐腐蚀与耐磨性能研究

目的提高镁合金表面的耐腐蚀和耐磨损性能。方法采用非平衡磁控溅射离子镀技术与化学镀技术相结合,在GW83镁合金表面制备Ni+C复合膜层。通过扫描电子显微镜和拉曼光谱分析了薄膜的形貌、成分和结构。利用电化学和浸泡后ICP-AES测试,评价了该复合碳膜涂层的耐腐蚀性能。同时采用摩擦磨损试验获得Ni+C复合膜层的磨损寿命。结果 Ni+C复合膜层致密均匀,表面孔隙率极低,表面碳层为典型的类石墨膜并且含有大量的无序结构。相对于GW83镁合金来说,Ni+C复合膜层的存在导致在3.5%Na Cl溶液中的腐蚀电位正移了301 m V,腐蚀电流密度从186μA/cm2降低至11μA/cm2。浸渍后ICP-AES试验显示,Ni+C涂覆的镁合金GW83的金属离子释放量更低。摩擦磨损试验表明,Ni+C涂层的磨损寿命为7000 s,与镁合金基体相比,Ni+C复合涂层极大地提高了其磨损寿命。结论在该Ni+C复合膜层中,表面碳层较致密,与Ni层结合良好,显著提高了基体的耐腐蚀性能。此外由于存在较厚的Ni中间层,对膜层起到了较大的支撑作用,Ni+C复合膜层从而延长了基体镁合金的磨损寿命。     

磁控溅射Zr-Ti薄膜的组织结构与血液相容性

通过直流平衡磁控溅射法在NiTiSMA表面生成Zr-Ti膜,用SEM、XRD和XPS分析证实制备的Zr-Ti膜呈现晶带T型结构,组织保持了细小致密的纤维状特征,与基底结合良好,并且出现了少量生物惰性ZrO2和TiO2陶瓷相。通过测定溶血率研究血小板黏附行为,评估血液相容性。结果表明,与NiTi基底相比,Zr-Ti膜的溶血率更低,表面黏附的血小板数量减少,能够改善NiTiSMA基底的血液相容性。最后,对磁控溅射沉积Zr-Ti膜的成膜机理进行了探讨。     

沉积压力对磁控溅射WS2薄膜摩擦学性能的影响

目的研究不同沉积压力对磁控溅射WS2薄膜微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响。方法采用射频磁控溅射法制备WS2薄膜。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对薄膜微观形貌、成分和晶相结构进行表征。用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和白光干涉三维形貌仪测试薄膜的力学性能和摩擦磨损性能。结果随着沉积压力增大,WS2薄膜疏松多孔结构明显降低,粗大柱状晶显著细化,薄膜致密度得到有效改善。沉积压力大于0.8Pa时,WS2薄膜表现出明显的(101)晶面择优取向。WS2薄膜硬度变化与薄膜中S/W原子比变化趋势相反,弹性模量逐渐减小。沉积压力0.4 Pa时,由于WS2薄膜大部分易滑移(002)晶面平行于基体表面,摩擦系数最低,为0.092,但其耐磨性能最差。沉积压为1.6 Pa时,WS2薄膜的磨损率最低,为2.34×10^-7 mm^3/(N·m),表现出良好的耐磨性能。结论改变沉积压力可以显著提高WS2薄膜致密度,改善薄膜的力学性能,提升WS2薄膜的摩擦磨损性能。     

含氧气氛直流磁控溅射薄膜铂电阻制备及性能研究

本文采用直流磁控溅射方法,在特殊的含氧气氛条件下,用高纯铂靶在氧化铝陶瓷基板上制备出高性能铂薄膜热敏电阻.利用扫描电子显微镜对铂电阻薄膜微观组织进行分析,利用X射线衍射分析仪对薄膜的物相及晶粒尺寸进行标定.测定薄膜铂电阻的阻温特性曲线,计算电阻温度系数（TCR）值.结果表明：含氧气氛下直流磁控溅射制备的薄膜铂电阻经过高温处理后完全脱氧,得到纯度高、结构致密均匀、附着强度高、热敏电阻性能优异的高性能铂薄膜电阻.