Influence of N2 introduction on structural and optical properties of V-doped ZnO thin films grown by low-temperature reactive RF magnetron sputtering

The influences of N₂ introduction to a sputtering gas on structural and optical properties of vanadium-doped ZnO (VZO) films, grown by using reactive RF magnetron sputtering on a quartz substrate at room temperature, were investigated. In the VZO films, V doping caused to form a large number of O vacancies (V_O) and degraded both the c-axis orientation and optical transmittance. While, on the contrary, the ZnO(002) diffraction intensity of 3.5-at.% VZO films increased adding N₂ with a partial pressure ratio (α_N2) >2% reaching a maximum at α_N2 =5%. The average optical transmittance (wavelengths: 450−800 nm) of the 3.5-at.% VZO films was also improved by the N₂ introduction and reached 74% at α_N2 =5%. As a result of the analyses of the chemical binding states of the incorporated N atoms via the Raman spectroscopy and XPS, it was confirmed that the O sites were substituted by the N atoms and the amount of incorporated N increased by the high V doping. From the above, the N₂ introduction was effective to suppress the V_O formation even in room-temperature-grown VZO films, so it enables to improve both the c-axis orientation and optical transmittance.     

Investigation of vacuum performances of TiZrV coated pipe

Some metal compounds called as Non-Evaporable-Getter have been widely used to improve vacuum system performance of accelerator facility.In this paper,a TiZrV film on the surface of stainless steel vacuum pipe is made by direct current magnetron sputtering,and its vacuum performance is experimentally studied.Our results show that the TiZrV film is partly activated at 160℃,and its pressure performance is similar with one at higher temperature. The coating reduces the ultimate pressure and prominently shortens the pressure-down time in a sputter ion pump system,thus creating evenly distributed pressure profile in a coating pipe.The adsorption rate is steady,and adsorption amount increases linearly.Such TiZrV-coated pipe behaves like pump other than gas source in vacuum system.     

钼添加对CrN涂层抗氧化性能的影响

研究钼添加对CrN涂层微观结构和抗氧化性能的影响,采用反应磁控溅射法在硅片和高速钢片上制备不同Mo含量的Cr-Mo-N涂层,并在500~800 ℃的高温空气中退火1 h,用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱和扫描电子显微镜（SEM）对涂层退火前后的微观形貌进行表征。沉积的CrN和Cr-Mo-N涂层均表现出基于CrN晶格的B1面心立方相（fcc）。Mo离子取代Cr-N晶格中的Cr离子,形成Cr-Mo-N固溶体。在600 ℃时,XRD和拉曼光谱表明,Mo含量较高的Cr-Mo-N涂层中形成MoO₃相,表面较粗糙,含氧量较高。在700 ℃时,CrN涂层由于内应力的作用,其横截面形貌为疏松的柱状晶,并有一定的多孔区,而Cr-Mo-N涂层则为致密的柱状晶结构。低Mo含量（<17at%）的Cr-Mo-N涂层比CrN涂层具有更好的抗氧化性。     

非平衡磁控溅射La-Ti/WS2 自润滑薄膜的摩擦磨损行为

要满足航天器机械转动部件在恶劣工况下的工作,需研制高硬度、低摩擦系数的固体润滑薄膜。采用非平衡磁控溅射法分别制备了纯WS₂薄膜、Ti掺杂WS₂复合薄膜和La-Ti掺杂WS₂复合薄膜。分析了薄膜的微观形貌、成分、硬度和摩擦学性能。结果表明,与纯WS₂薄膜和Ti/WS₂复合薄膜相比,La-Ti/WS₂复合薄膜的微观结构更加致密。La-Ti/WS₂复合薄膜的硬度H和弹性模量E也显著提高。此外,La-Ti/WS₂复合薄膜的摩擦系数减小,并且H/E比值增大,La-Ti/WS₂复合薄膜的磨损率降低。结果表明,La的掺杂有助于在摩擦接触表面形成稳定的转移膜,提高La-Ti/WS₂复合薄膜的耐磨性和承载能力。     

物理气相沉积中等离子体参数表征的研究进展

物理气相沉积作为制备表面防护薄膜的重要方法,一直是表面薄膜领域研究重点,而物理气相沉积中等离子体作为直接影响薄膜性能的关键因素,其参数的表征对优化沉积工艺和提高薄膜性能具有重要指导意义.概述了常用物理气相沉积方法及其发展,包括电弧离子镀、磁控溅射和电弧磁控复合技术的原理及发展历程.归纳了目前生产中常用的等离子体参数表征方法——Langmuir探针法、汤姆逊散射法、微波干涉法和发射光谱法,阐明了这些表征方法诊断等离子体参数的原理,分析了不同表征方法的优缺点和存在的主要问题,并对常用物理气相沉积中等离子体参数表征相关研究的发展和现状作了综合论述和总结,分别整理了电弧离子镀和磁控溅射中等离子体参数诊断的发展历程和近期研究.两种物理气相沉积方法最常用的等离子体参数表征方法都是Langmuir探针法和发射光谱法,早期的研究侧重于探索等离子体瞬态参数和薄膜结构性能的关系.随着现代技术的进步,早期诊断方法不断与新技术融合,研究方向也逐渐偏向于研究等离子体参数的时间变化和优化薄膜工艺、性能评价方法.最后分析了当前物理气相沉积中等离子体参数表征存在的问题和不足,展望了等离子体参数未来的研究趋势.     

新型直流磁控溅射电源的研究与设计

研究并设计了一种适用于直流磁控溅射的新型数字化电源。针对直流磁控溅射工艺的要求,从系统控制策略和电弧保护两方面进行研究。设计了带指令电流前馈补偿的双闭环控制策略,并给出详细的设计方法;提出溅射过程出现异常弧光现象时,针对软弧和硬弧采取不同保护方式的两级保护方法,并描述了基于HCPL-316J的驱动电路设计。搭建10 kw实验样机进行验证,结果表明带指令电流前馈补偿的双闭环控制策略具有良好的动态性和稳定性,两级保护方法可有效熄灭电弧,提升溅射的质量。     

射频磁控溅射法在柔性聚酰亚胺衬底上制备ZnS薄膜及其特性研究

为使Ⅱ-Ⅵ族化合物ZnS薄膜具有可弯曲性,选用柔性的聚酰亚胺作为衬底材料,用射频磁控溅射法沉积ZnS薄膜,对所制备薄膜的结晶结构、组分和光学特性进行分析.实验结果表明,所制备薄膜为结晶态的闪锌矿ZnS结构,择优取向为(111)晶面,晶粒尺寸为25.6 nm.薄膜组分接近化学计量比,并具有少量的S损失.薄膜在可见光区和近红外光区的平均透射率分别为82.0％和90.5％,透光特性良好.作为对比,在钠钙玻璃衬底上溅射的ZnS薄膜的结晶度高于聚酰亚胺衬底薄膜,但其透射率略低于柔性ZnS薄膜.实验结果表明了用磁控溅射法在柔性聚酰亚胺衬底上制备ZnS薄膜的可行性.     

Mo丝网上双层Ir/W高温抗氧化涂层的制备与表征

为改善溅射依涂层与钼基体之间的结合力,在钼基体与依涂层之间制备了钨粘结层,并成功在钼丝网上制备了双层的铱/钨涂层。研究表明,钨粘结层的制备能有效改善铱涂层与钼基体之间的结合力,从而有效抑制铱涂层的剥落。对于制备态的样品,W粘结层与铱涂层以及钼基体之间未出现明显的互扩散。X射线衍射结果表明,溅射铱涂层为多晶结构且呈(111)择优取向生长。根据Movchan-Demchishin模型,所制备的双层铱/钨涂层的显微结构与“1区”结构类似,该结构表明所制备的涂层横向结合力弱,在拉应力状态下易发生开裂。     

柔性硬质纳米复合涂层

研究了利用磁控溅射方法制备的柔性硬质纳米复合涂层。结果表明柔性硬质纳米复合涂层具有以下优异性能:是一类具有高硬度、高韧性以及抗裂纹性能的新型涂层;具有较高的硬度模量比(H/E*≥0.1,E*=E/(1-ν~2))、弹性恢复系数(We≥60%)、压应力(σ0)L,且少缺陷的微观结构;生长处于Thornton结构区域相图的T区。磁控溅射非常适合制备纳米复合涂层,文中将对其制备柔性纳米复合薄膜的机理做深入阐述。涂层生长主要受以下3个参数影响:涂层生长过程中吸收的能量Ep,其包含沉积原子携带的能量E_(ca)和轰击离子携带等能量E_(bi)(E_p=E_(ca)+E_(bi)),基体温度Ts和涂层材料的熔点T_m。柔性硬质涂层具有广泛的应用前景,如柔性保护涂层、柔性功能涂层、防脆性涂层开裂的柔性保护涂层以及柔性多层涂层。文中还将详细阐述低温磁控溅射制备柔性纳米复合涂层的原理,并阐述纳米复合涂层及其性能的发展趋势。     

2m大口径RB-SiC反射镜的磁控溅射改性

为了消除RB-SiC反射镜直接抛光后表面存在的微观缺陷,降低抛光后表面的粗糙度,提高表面质量,针对大口径SiC的特性,选择Si作为改性材料,利用磁控溅射技术对2m量级RB-SiC基底进行了表面改性。在自主研发的Φ3.2m的磁控溅射镀膜机上进行基底镀膜,利用计算机控制光学成型法对SiC基底进行了抛光改性。实验结果表明,改性层厚度达到15μm;在直径2.04m范围内,膜层厚度均匀性优于±2.5%;表面粗糙度由直接抛光的5.64nm(RMS)降低到0.78nm。由此说明磁控溅射技术能够用于大口径RB-SiC基底的表面改性,并且改性后大口径RB-SiC的性能可以满足高质量光学系统的要求。