超硬多层薄膜的研究现状及展望

超硬多层薄膜的性能随调制周期的变化而发生变化,在某一范围出现超模、超硬等异常效应.由于其潜在的实际应用价值及理论意义,超硬多层薄膜成为近年来人们研究的热点.综述了近年来国内外学者对超硬多层薄膜的研究结果,介绍了其超硬多层薄膜类型、主要性能特点以及制备工艺,并对未来的发展趋势进行了展望.     

YSZ/STO/YSZ-STO超晶格电解质薄膜低温电学特性

采用脉冲激光沉积法,在单侧抛光的STO基底上制备YSZ/STO/YSZ超晶格薄膜。利用X射线衍射、扫描电镜和射频阻抗/材料分析仪对多层膜的物相结构、表面形貌以及电学特性等进行表征。实验结果发现,YSZ/STO/YSZ超晶格薄膜在300~500℃之间,其电导活化能最小值为0.76 e V,在300℃时测得的电导率比体材料的电导率提高了三个数量级。     

ZnS/CdS单带差超晶格薄膜的制备及光学性质研究

为了提高CdTe太阳电池的效率,ZnS/CdS单带差超晶格被创新性地提出.用射频磁控溅射法制备了ZnS/CdS单带差超晶格薄膜,用SEM观察样品截面,分层清晰;测试了ZnS/CdS单带差超晶格薄膜的透过谱图,在300～800nm波长范围内存在4个明显的透过峰.相较于CdS单层膜与ZnS单层膜,ZnS/Cds单带差超晶格薄膜在可见光短波部分的光谱响应十分明显,说明Zns/Cds单带差超晶格薄膜的电子能带与光子吸收方式发生了明显的变化.理论上可以提高CdTe太阳电池的效率.     

用IBAD方法合成ZrN/W纳米多层膜

本文利用高真空离子束辅助沉积系统（IBAD）在室温下制备具有纳米尺寸的ZrN／W多层膜，通过改变双靶的沉积时间，合成一系列的具有不同调制周期（3nm～10nm）的纳米多层膜。利用AES，XRD和纳米力学测试系统，表面形貌仪表征了薄膜的成分、结构和机械性能，分析了不同调制周期对薄膜结构与机械性能的影响。结果表明：多层膜的机械性能普遍优于两种个体材料的混合相；在调制周期为8．6nm时，显示出强的ZrN（111），W（110）织构和较弱的ZrN（220）峰，与其他条件下制备的样品比较，它具有较高的硬度（～26GPa），较高的弹性模量（-310GPa）和较强的膜基结合力（～80mN）。低角度XRD分析证明了薄膜的多层结构。     

ZrN/W2N纳米多层膜的调制比对其性能的影响

利用射频磁控溅射系统制备了调制周期为30 nm的具有不同调制比例的ZrN/W2N纳米多层膜。研究表明:ZrN/W2N纳米多层膜的界面清晰,通过把ZrN周期性地插入到W2N层,多层薄膜的整体应力得到缓解。在调制比tZrN∶tW2N=2∶3时,纳米多层膜的应力值最小。多层膜的硬度和弹性模量基本高于ZrN和W2N单层材料的平均值,随着调制比的减小,它们的值均有上升趋势,并在tZrN∶tW2N=2∶3时分别达到最高值34 GPa和424 GPa,同时多层膜的膜基结合强度也达到最佳效果,其临界载荷超过了100 mN。多层膜的机械性能改善明显与其调制层结构和多晶结构有着直接的联系。     

磁控溅射MoS2/W复合薄膜的微结构与摩擦学性能研究

采用磁控溅射法,用纯MoS2/W双靶在模具钢Cr12和硅基片上溅射MoS2/W复合纳米薄膜,通过X射线衍射仪、能谱仪、扫描电子显微镜对薄膜的成分和结构进行分析.采用UMT-2型微摩擦磨损试验机在大气(相对湿度30％～ 45％)和室温(20～25℃)环境下评价薄膜的摩擦磨损性能.结果表明:MoS2/W复合薄膜组织致密,主要生长晶向为(002)晶向,摩擦因数低,摩擦学性能优于纯MoS2膜,且耐磨寿命高、摩擦稳定性好、承载能力大.     

磁控溅射法制备Mo/B4C软X射线多层膜

用DC和RF磁控溅射法制备出了波长小于 10nm波段的Mo/B4 C软X射线多层膜反射镜。掠入射X射线衍射仪的测量结果表明 ,磁控溅射法有很高的控制精度 ,制备出的Mo/B4 C软X射线多层膜周期结构非常好 ,表 (界 )面粗糙度非常小 ,约为 0 4nm。     

以W为中间层的C/W多层膜的微观结构及性能研究

利用非平衡磁控溅射技术在钢基体上制备以W为中间层的C/W多层膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对镀层的表面形貌,相组成及截面微观结构进行分析;测试镀层的膜基结合强度和摩擦性能.结果表明:C/W多层膜是由非晶碳和WC纳米晶组成的复合镀层,具有明显的层状结构,周期厚度为6.5...     

Fe/Mo多层膜的微观结构与应力研究

本文采用电子束蒸镀技术制备了Fe/Mo金属多层膜,利用TEM等手段研究了Fe与Mo层厚度对薄膜微结构应力的影响.Fe与Mo层厚度相差较大而Fe单层膜厚薄到1.2 nm时,较薄的Fe在较厚的Mo层上外延生长.随着Mo厚度的变薄,Mo/Fe厚度比减少,Mo层没有足够的自由能约束Fe原子,Fe层形成稳定的bcc结构.当Fe外延生长在Mo层上时,晶格畸变导致铁钼层间产生很大的应力,使得薄膜出现均匀的细微裂纹.用胡克定律估算了其应力范围,约104MPa数量级.     

W/SiC纳米多层膜的制备及表征

采用多靶磁控溅射制备了 Ｗ／ＳｉＣ纳米多层膜。并用 ＸＲＤ和 ＴＥＭ研究了 Ｗ／ＳｉＣ纳米多层膜的微结构。研究表明,Ｗ／ＳｉＣ纳米多层膜的调制结构界面平直、清晰、周期性好;ＳｉＣ调制层为非晶态,Ｗ调制层在大调制周期为纳米晶,并随调制周期减小逐渐转变为非晶态。     

直流溅射工艺参数对Mo薄膜结构及电性能的影响

采用直流磁控溅射法在SLG衬底上沉积Mo薄膜,对不同溅射功率和溅射工作气压下沉积的薄膜进行X射线衍射、SEM(扫描电子显微镜)、电阻率测试,讨论了工艺参数对沉积Mo薄膜相结构、表面微观形貌、薄膜沉积速率和电学性能的影响。结果表明,随着溅射功率的增加,薄膜的结晶性能变好,沉积速率提高,在沉积功率范围内薄膜均匀致密,表面无空隙,电阻率较低;随着溅射工作气压增加,薄膜结晶性能变差,沉积速率先增加后降低,在沉积工作气压范围内,薄膜致密;随气压降低,电阻率急剧减小。因此,较高的溅射功率和较低的工作气压沉积的Mo薄膜更适合作CIGS薄膜太阳电池的BC层(背接触层)。     

AlN/WAlN/W太阳能选择性吸收多层薄膜研究

采用全封闭磁场的非平衡态磁控溅射系统,以纯金属为靶材,制备了AlN/WAlN(多层)/W薄膜。X射线掠射(GID)、扫描电镜(SEM)以及分光光度计等测试手段分析薄膜的相结构、表面形貌以及吸收光谱等特性。结果表明,薄膜沉积设备性能稳定,W、Al靶材溅射率高。获得AlN/WAlN(多层)/W薄膜中各层薄膜表面质地都较均匀,且为多晶态或纳米晶薄膜。该结构膜系对波长在200～2000nm范围内的光波有较高的吸收效果,平均吸收率可达96%以上,吸收性能优异。     

TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层微观结构及摩擦学性能的研究

采用磁控溅射技术在AISI-304不锈钢上制备了TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层。采用电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、球盘摩擦磨损试验机、表面形貌仪等对涂层的表面形貌、显微组织、硬度和摩擦学性能进行了系统的研究。结果表明TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层的硬度为27.56 GPa,相比于TiAlSiN涂层的硬度(29.1 GPa)有所下降,但是涂层的耐磨性能得到明显提高。在室温至600℃条件下TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层的主要磨损机理为黏着磨损,200和400℃时的磨损率分别为0.0339×10^-3和0.1122×10^-3mm^3/(Nm),相较于TiAlSiN涂层分别降低了38%和57%,600℃时的磨损率接近TiAlSiN涂层。总体来说TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层的性能高于单一的TiAlSiN涂层。     

溅射气压对磁控溅射Mo背电极层形貌与结构的影响

采用直流磁控溅射法在溅射气压为0.1~1.0Pa下制备了金属Mo膜。用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对单层Mo膜的表面、断面形貌和粗糙度进行了分析与表征;用X射线衍射(XRD)研究了气压对Mo膜晶粒尺寸和薄膜应力应变的影响;用SEM观察了双层和三层Mo背电极层的表面形貌。结果表明,溅射气压升高,表面颗粒由细长变得圆润,均方根粗糙度升高,其值介于1.32~4.81nm之间;Mo膜的晶粒尺寸随气压的升高而降低,其值介于27.2~11.7nm之间;溅射气压为0.2Pa和0.3Pa时制备的Mo膜显现为张应力;将双层Mo背电极表面制备0.7Pa的Mo层后,表面更加圆润,孔隙增多。     

CIGS薄膜太阳能电池用Mo背电极的制备与结构性能研究

利用磁控溅射技术在Soda-lime玻璃衬底上沉积CIGS薄膜太阳能电池用金属Mo背电极薄膜,并研究了Mo靶功率、基片脉冲宽度以及预清洗时间对Mo薄膜的相结构、形貌及电阻率的影响。结果表明,沉积的Mo薄膜均沿(110)晶面呈柱状择优生长;增大Mo靶溅射功率可以促进薄膜晶粒长大、提高薄膜的致密性、降低电阻率;合适的基片脉冲电压脉宽促进了晶核的形成、长大并有助于沉积过程中Mo晶粒长大,进而降低薄膜电阻率;通过延长预清洗时间可获得致密性好、电阻率低的Mo薄膜,所获得的Mo薄膜最低电阻率为3.5×10-5Ω.cm。     

钼薄膜的制备、力学性能和磨损性能

采用直流磁控溅射技术在GCr15轴承钢底材上沉积了钼薄膜。利用XRD,AFM对不同负偏压下沉积的钼薄膜的结构和表面形貌进行了表征;利用纳米压痕仪对薄膜的硬度和膜基结合强度进行了测定;最后利用DF-PM型动静摩擦系数精密测定仪和扫描电镜(SEM)研究了薄膜的硬度、残余模量与负偏压的关系。结果表明：利用直流磁控溅射法制备的钼薄膜的硬度随负偏压的变化存在最大值,另外负偏压还影响薄膜的微结构、粗糙度以及膜基结合力,但负偏压的改变对钼薄膜的摩擦系数影响不大。     

TbDyFe/FeNi多层膜的磁致伸缩性能

本文采用磁控溅射工艺制备了TbDyFe/FeNi多层膜,研究了TbDyFe/FeNi多层膜的磁致伸缩性能及其影响因素.研究表明,随着FeNi膜层以及TbDyFe膜层厚度的减少,多层膜磁致伸缩性能增强,线性变化能力增强;通过真空退火、外加磁场镀膜和外加应力镀膜能够有效地提高TbDyFe/FeNi多层膜的磁致伸缩性能.     

直流磁控溅射法制备金钆多层膜

本文介绍了直流磁控溅射方法制备Au／Gd多层膜，探索了多层膜的制备工艺参数，利用X射线衍射表征了多层膜的界面结构及混和膜的晶型结构，原子力显微镜观察了膜的表面形貌和粗糙度。成功地制备了膜层厚度控制精确、界面清晰和表面光洁的Au／Gd多层膜。     

Mo原子溅射能量对Mo/Si薄膜微结构的影响

用磁控溅射法制备了Mo/Si薄膜,用AFM和XRD分别研究了Mo原子的溅射能量不同时,Mo/Si薄膜表面形貌和晶相的变化.通过比较发现,随着Mo原子溅射能量的增大,Mo/Si薄膜表面粗糙度增加,Mo和Si的特征X射线衍射峰也越来越强,并且Mo膜层和Si膜层之间生成了MoSi2.Mo原子的溅射能量是诱导非晶Si结晶和MoSi2生成的主要原因.