磁控溅射方法制备薄膜的应用研究

本文从磁控溅射的定义、优势以及应用三方面论述了磁控溅射方法制备薄膜,主要阐明了磁控溅射方法在实验领域的研究及制备薄膜的优势所在。     

磁控溅射法制备的五氧化二钒薄膜光电特性

利用射频磁控溅射方法,选取溅射时间为15,25,30和45min,在蓝宝石衬底上沉积了V2O5薄膜。研究了其他实验参量不变,溅射时间不同对薄膜结构、薄膜厚度、表面形貌、电学及光学性能的影响。实验结果表明,制备出的薄膜为单一组分的V2O5薄膜,其在(001)面有明显的择优取向。随着溅身时间的增加,结晶性能逐渐变强,晶粒尺寸也逐渐变大,而表面粗糙度值会逐渐降低;在晶体结构完整的基础上,随着溅射时间的增加,相变温度和经历的温度范围会逐渐增加,电学突变性能会降低。测试了薄膜在中红外波段的高低温透过率,结果显示:当膜厚为350nm,波长为5μm时,薄膜的透过率从25℃时的81%变为300℃的7%,变化幅度可达74%;所有薄膜相变前后透过率的比值均为9~13,表现出了非常突出的光学开关特性。     

过渡层类型对类金刚石薄膜性能的影响

采用电子回旋微波等离子体气相沉积和磁控溅射法相结合的方法,通过石墨靶材和金属钛靶在不锈钢和Al2O3陶瓷基片上沉积了具有不同过渡层的含钛的C薄膜,研究了不同薄膜与衬底的中间层类型对薄膜的表面形貌、硬度、摩擦磨损性能、表面能的影响.结果表明,导电基底更有助于成膜的致密性和均匀性,薄膜为衬底/Ti/TiN/TiCN/C结构时硬度最高.     

非平衡磁控溅射制备Cr掺杂DLC复合薄膜的高温摩擦学性能

元素掺杂是提升DLC薄膜摩擦学性能和耐温性能的重要途径。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积了含氢DLC薄膜,同时利用射频磁控溅射技术完成Cr元素的掺杂,研究Cr元素掺杂对DLC薄膜的力学性能及摩擦学性能的影响。采用纳米压痕仪测试薄膜硬度并利用划痕试验测试膜基结合力,采用拉曼光谱分析薄膜sp²和sp³键含量的变化和转移膜的生成。采用UMT多功能摩擦磨损试验机评价薄膜在常温和高温环境下的摩擦磨损性能,并利用扫描电镜观察磨损表面,分析其磨损机制。结果表明,Cr元素掺杂会显著提高薄膜的膜基结合力,但会使薄膜硬度有一定的下降。常温摩擦学性能测试显示,DLC薄膜的摩擦因数随着Cr含量的增加呈现出先下降后上升的趋势,在Cr质量分数为3.34%时达到最低;但薄膜的磨损率随Cr含量的增加略有升高。高温摩擦学性能测试表明,Cr元素掺杂显著改善了DLC薄膜的高温摩擦学性能,未掺杂的DLC在150℃以上摩擦时会失效,Cr元素掺杂使薄膜在250℃下也能保持较低的摩擦因数和较长的抗磨寿命。Cr元素的加入能够提高DLC薄膜的膜基结合力,降低摩擦因数,并提高薄膜...     

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.     

非平衡磁控溅射氟化类金刚石(DLC)薄膜的结构和性能

使用非平衡磁控溅射方法,以Ｃ２Ｈ２为反应气,Ｃ２Ｆ２为氟化气沉积了含氟和不含氟的类金刚石（ＤＬＣ）薄膜。用Ｘ射线光电子谱仪（ＸＰＳ）及Ｒａｍａｎ光谱仪分析薄膜的成分及结构。试验了薄膜的力学性能并讨论了组织结构对性能的影响。结果表明,含氟ＤＬＣ仍具有典型的ＤＬＣ的Ｒａｍａｎ光谱特性。氟降低薄膜中的Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）比率,使薄膜中的ＳＰ＾３键相对含量下降。随着氟含量的增加,ＤＬＣ的硬度下降,摩擦系数减     

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。     

TiNi表面磁控溅射DLC薄膜的纳米压痕与摩擦性能

采用室温磁控溅射技术在TiNi合金表面制备出DLC/SiC(类金刚石/碳化硅)双层薄膜(SiC为中间层),采用拉曼光谱仪、纳米压痕仪和球-盘式摩擦磨损仪研究DLC薄膜的结构、纳米压痕和摩擦性能.结果表明:制备的DLC/SiC薄膜石墨含量高、纳米硬度(5.493 GPa)低、弹性模量(62.2447 GPa)低.在以氮化硅球(半径为2mm)为对摩件,4.9N载荷、室温、Kokubo人体模拟体液润滑下,该DLC/SiC薄膜具有低且稳定的摩擦因数,其平均值约为0.094.     

射频磁控溅射法制备二硫化钼薄膜

用射频磁控溅射法在GCr15钢表面制得了MoS2薄膜。通过扫描电镜、摩擦磨损以及划痕试验仪研究了工艺参数对薄膜形貌和性能的影响。结果表明:采用射频溅射法,在功率200W、工作气压3Pa、时间2h条件下制备的MoS2薄膜性能最佳;沉积过程中沉积原子从衬底表面获得足够的扩散能量时薄膜按层状模式生长,扩散能量不足时薄膜按层岛复合模式生长;MoS2薄膜摩擦因数低,具有优良的摩擦学特性。     

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。     

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。     

磁控溅射薄膜附着性能的影响因素

磁控溅射薄膜技术的应用日趋广泛,溅射薄膜的附着性是制约薄膜性能和使用效果的关键因素。本文结合作者进行的研究,参考国内外参考资料和文献,对薄膜附着性的影响因素做了综合评述,为提高和改善薄膜使用性能提供指导和参考。     

反应磁控溅射方法制备CN_x薄膜的高温抗氧化性能

采用反应磁控溅射方法在高速钢基体上制备了CNx薄膜,通过改变氮气和氩气的流量比来调整CNx薄膜中的氮含量,并采用XRD、HR-TEM、SEM、FTIR和显微硬度计等对薄膜的结构及其在300,400,500,600℃下的高温抗氧化性能进行了表征。结果表明:CNx薄膜在400℃以下具有较好的抗氧化性能,当氧化温度达到500℃后薄膜会发生严重氧化和分解;CNx薄膜中氮含量的增加有利于改善薄膜的高温抗氧化性能。     

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.     

磁控溅射法制备NiCr/NiSi薄膜热电偶温度传感器

介绍了NiCr／NiSi薄膜热电偶制作方法与过程。与多孤离子镀法相比，采用磁控溅射法镀制的热电偶薄膜成分与靶材接近，膜层致密均匀、平整光滑，临界厚度薄。对研制的NiCr／NiSi薄膜热电偶进行了静态标定与动态标定，薄膜热电偶的灵敏度为40．1μV／℃，线性误差不大于0．75％，时间常数小于0．35ms．最后将薄膜热电偶温度传感器用于化爆材料模拟切削试验。     

火灾自动环保型闭门器表面磁控溅射镀膜关键技术的研究

火灾自动闭门器的质量和寿命在国内备受关注,目前大多对闭门器表面处理均采用带有污染性的化学电镀工艺。为解决这一污染环境问题,本文阐述了一种可取代传统湿式电镀或电解镀技术的真空镀膜技术,能够在具有非同一平面内且具有一定复杂外形结构的自动环保型闭门器的表面,涂有均匀厚度、致密且连续的功能性薄膜。分别从逐级式的过渡沉积、离化率和均一性调控进行研究,验证磁控溅射镀膜的先进性。     

射频磁控溅射制备HfMoNbZrNx薄膜的组织和性能

利用射频磁控溅射技术分别在单面抛光Si(001),Al₂O₃(0001)和硬质合金(WC-8 wt.%Co)基底表面沉积HfMoNbZrN_x薄膜,研究不同氮气流量R_N对HfMoNbZrN_x薄膜的组织和性能影响。结果表明,HfMoNbZr薄膜倾向于形成非晶态,随着R_N的增加,HfMoNbZrN高熵合金氮化薄膜转变为面心立方(FCC)结构并且沉积速率下降;当R_N=10%时,薄膜硬度和弹性模量最大,分别为21.8GPa±0.88GPa和293.5GPa±9.56GPa;所有薄膜均发生磨粒磨损,相较于多元合金薄膜,氮化物薄膜的磨损率下降了一个数量级,薄膜耐磨性显著提高。     

氩气与氮气流量比对磁控溅射法制备TiN薄膜的影响

用直流反应磁控溅射法在Si(100)基底上制备了TiN薄膜,采用X射线衍射仪和原子力显微镜对其结构和形貌进行了表征,利用四探针测试仪测量了TiN薄膜的方块电阻,使用紫外可见分光光度计测定了薄膜反射率;研究了溅射沉积过程中氩气与氮气流量比对TiN薄膜结构及性能的影响.结果表明:在不同氩气与氮气流量比下,所制备薄膜的主要组成相是(200)择优取向的立方相TiN;随着氩气与氮气流量比的增加,薄膜厚度逐渐增大,而表面粗糙度与电阻率先减小后增大;当氩气与氮气流量比为15:1时,薄膜表面粗糙度和电阻率均达到最小值;TiN薄膜的反射率与氩气与氮气流量比的关系不大.     

柔性衬底直流磁控溅射ZnO基高性能透明导电薄膜的制备及性能研究

采用直流磁控溅射法,以柔性PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)为基底,通过参数优化以求在室温下制备高性能ZnO/Ag/ZnO多层薄膜。实验中,使用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见分光光度计、四探针电阻测试仪等仪器分别对ZnO/Ag/ZnO多层薄膜的微观结构、表面形貌、透过率及方块电阻进行测试及表征。结果表明,随着Ag层厚度增加,薄膜方块电阻急剧下降,通过改变ZnO层厚度,可有效调节薄膜光学性能,随着ZnO层厚度增加,可见光区平均透过率先增大后减小。引入品质因子FTC作为评价指标可知,当依次沉积ZnO、Ag、ZnO厚度为50nm、8nm、50nm时,薄膜光电性能最佳,其在可见光平均透过率为82.3%、方块电阻为2.8Ω/、禁带宽度为3.332eV。     

磁控溅射MoS2薄膜的生长特性研究

利用非平衡磁控溅射技术制备出二硫化钼薄膜,并通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了工作气压和沉积时间对薄膜表面形貌和结构的影响及其演化规律。实验结果表明,在小于0.40 Pa的气压下,沉积MoS2薄膜的（002）面平行于基体表面,而在高于0.60Pa的高气压下,膜层的（002）面垂直于基体表面.在沉积初期,无论工作气压的高低,薄膜均按（002）基面的方式生长;在沉积后期,低气压下形成的薄膜仍按（002）基面方式生长,而在高气压下薄膜将转向以（002）基面与（100）或（110）棱面联合的方式生长。薄膜的表面形貌、微观结构,与薄膜的生长速率和沉积粒子的能量有关。