非平衡磁控溅射掺Cr类石墨镀层的结构分析

采用非平衡磁控溅射离子镀技术,通过调节Cr靶的溅射功率,在单晶硅基片上沉积制备了一系列不同Cr含量的类石墨(Cr-GLC)镀层样品.利用Raman光谱仪、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子电镜(TEM)、显微硬度计分析了Cr-GLC的微观结构和显微硬度.结果表明,利用非平衡磁控溅射得到的Cr-GLC镀层,随Cr含量的增高,硬度逐渐降低并趋于稳定.当Cr含量小于4%时,Cr只以单质非晶态分布于非晶GLC中,Cr的掺杂降低了内应力;当Cr含量超过4%后,还有CrCx纳米晶存在于非晶态的GLC中;镀层由C、Cr和CrCx纳米晶粒组成非晶结构.     

掺镁氧化锌薄膜结构及其光学性质的研究

以氧化镁(MgO)掺杂的氧化锌(ZnO)陶瓷靶作为溅射靶材,采用射频磁控溅射方法在玻璃衬底上制备了掺镁ZnO(ZnO:Mg)薄膜样品.通过X射线衍射仪和可见-紫外光分光光度计的测试表征,研究了溅射时间对ZnO:Mg薄膜晶体结构和光学性质的影响.结果表明:ZnO:Mg薄膜的结构和性能与溅射时间密切相关.随着溅射时间的增加,ZnO:Mg薄膜(002)晶面的织构系数减小、(110)晶面的织构系数增大,对应的可见光波段的平均透过率降低.溅射时间为15 min时,ZnO:Mg薄膜样品具有最佳的(002)择优取向生长特性和最好的透光性能.同时ZnO:Mg薄膜样品的禁带宽度随溅射时间增加而单调增大.与未掺杂ZnO薄膜相比,所有ZnO:Mg薄膜样品的禁带宽度均变宽.     

电弧离子镀工艺参数对CrSiN薄膜性能影响的研究

利用电弧离子镀方法,在(SCM415)钢基体上制备了Cr-Si-N薄膜.通过调节Cr-Si靶中Si的比例,沉积了Si含量不同的Cr-Si-N薄膜.讨论了Si含量、偏压对薄膜硬度的影响.添加Si后得到的纳米复合薄膜Cr-Si-N的硬度比单纯的CrN薄膜有了显著的提高.采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对Cr-Si-N薄膜进行分析,研究讨论了Cr-Si-N薄膜的成分、结构及薄膜硬度增强的微观机制.     

射频反应磁控溅射制备氧化铬薄膜技术及性能

研究了采用射频反应溅射方法制备氧化铬耐磨镀层的技术和薄膜的性能.结果表明,采用金属靶材进行射频反应溅射时,由于靶材与反应气体的反应,会出现两种溅射模式,即金属态溅射和非金属态溅射,非金属态溅射模式的沉积速率很低.氧化铬薄膜的硬度主要决定于薄膜中Cr2O3含量,在供氧量不足时会生成低硬度的CrO,制备高硬度氧化铬薄膜需要采用尽可能高的氧流量进行溅射.采用在基片附近局域供氧,可以实现高溅射速率下制备出高硬度的氧化铬薄膜.     

AlMgB_（14）三元超硬硼化物的实验制备与理论研究

三元硼化物AlMgB14材料具有高硬度,高韧性,低密度,低摩擦系数以及抗高温氧化腐蚀等众多优异性能,在工具、模具、微机械制造及航空航天关键零部件等领域具有重要的应用前景.本文采用多靶射频磁控共溅射技术,以高纯度Al（99.99%）,Mg（99.95%）,B（99.9%）材料为溅射靶源,在单晶Si（100）衬底上溅射沉积得到了表面均匀致密,不同化学组分的Al-Mg-B三元非晶态薄膜,通过调控溅射参数,可以实现原子比接近Al：Mg：B=1：1：14.对于所制备的薄膜样品,在三元相图上沿Al-Mg等含量线,Al-Mg-B材料的硬度,随着B元素含量增加由13GPa增大到32GPa,其中AlMgB14附近成分点的硬度达到25~32GPa.同时,采用第一性原理计算,得到AlMgB14晶体的维氏硬度为27.6GPa,与实验值接近.通过电子结构分析,我们进一步探讨了AlMgB14晶体和其他相似结构富B三元化合物硬度的起源,发现他们共同具有的B12二十面体骨架是决定硬度的主要因素.Al,Mg等金属元素主要通过向B12的电荷转移对材料硬度进行微调,Al-B之间形成了弱的共价键而Mg-B之间形成离子键,这点同时也为XPS实验谱图所证实.采用准简谐近似德拜模型,我们还研究了AlMgB14晶体的热学性质以及温度对体弹性模量的影响,发现体模量随温度增加明显的减小,同实验上提高衬底温度对硬度的增强呈现了相反的变化趋势.这从侧面说明了衬底温度提高导致的硬度增强并不是改变了材料的本征硬度,而可能由于加强了薄膜同衬底间附着力.     

Ni-Ti-Hf合金薄膜的制备与微结构分析

采用室温磁控溅射法在涂覆有氮化硅膜的硅片上制备Ni-Ti-Hf合金薄膜,使用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了制备工艺和退火处理对薄膜形貌和结构的影响.结果表明,室温溅射所得薄膜为富(Ti+Hf)的非晶态,呈柱状生长方式.薄膜厚度随溅射做功呈良好递增关系.溅射态薄膜表面不平整,有明显起伏、裂纹及孔洞等缺陷,致密性较差;退火处理使薄膜发生结晶转变,无裂纹及孔洞等缺陷,致密性大大改善.随Hf含量增加,马氏体相变程度增大、晶格畸变增加.     

用非平衡磁控溅射法制备CNx薄膜

利用非平衡磁控溅射法,用一对石墨溅射靶,以N2,Ar为工作气体,在Si(100)衬底上溅射生长CNx薄膜。X光电子能谱分析表明薄膜中的C,N原子以sp^3,sp^2杂化电子轨道成键形成化合物。氮碳原子比比值为1.06,1.24,傅里叶红外分析也证明了C－N的存在。X射线衍射谱显示薄膜中含有β－C3N4晶粒。实验证明,非平衡磁控溅射法是合成C3N4薄膜的有效方法。     

硅基氧化钆薄膜的生长及结构

采用脉冲激光沉积方法(PLD)在不同温度的Si(100)衬底上制备了Gd2O3栅介质薄膜,利用X射线衍射、X射线反射率以及光电子能谱等方法对它的结构、组成以及价带偏移等进行了研究.结果表明:衬底温度为300℃时,Gd2O3薄膜呈非晶态;当衬底温度为650℃时,形成单斜相的Gd2O3薄膜.XPS和XRR 结果确定其界面主要是由于界面反应形成的钆硅酸盐.通过XPS分析得到Gd2O3与Si之间的价带偏移为(-2.28±0.1)eV.     

溅射气压对Al2O3薄膜的结构与电性能的影响

以纯铝为靶材,在不同溅射气压下采用直流磁控反应溅射方法制备了Al2O3薄膜。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、台阶仪、绝缘电阻仪和精密阻抗分析仪等分析了薄膜的表面形貌、化学成分、结构、薄膜厚度和电学性能。结果表明,随着溅射压力增大,薄膜的颗粒尺寸和厚度减小,组织细密;薄膜的化学成分主要为Al、O元素,铝氧原子比接近2:3,在250℃的低温下,溅射态的Al2O3薄膜均为非晶结构,溅射压力对Al2O3薄膜的结构和化学成分影响不明显;溅射压力为1.0Pa时的薄膜,其电阻和电阻率较大,介电性能相对较好。     

衬底温度对掺杂硅基薄膜结构的影响

采用双离子束溅射沉积法制备的掺杂硅基Si-SiO2和Al-Si-SiO2薄膜,实验中通过改变基片温度获得不同条件下的样品.测试发现,当基片温度低于450℃时,两种薄膜的XRD谱图中并未有明显的晶态峰存在,说明薄膜中并未形成晶态结构,样品的选区电子衍射花样的TEM测试结果也证明如此;当基片温度高于450℃时,XRD谱图中才呈现出几个微弱的晶态峰,说明薄膜中可能有Si或A1的晶粒出现.样品的XPS测试结果表明,Si-SiO2薄膜在温度较低时表现为欠氧富硅的结构SiOx(x ＜2),薄膜中的Si主要是以氧化物的形式存在,当基片温度高于450℃时,根据Si的XPS特征峰的硅双峰结构能够确定薄膜中的硅形成了较显著的硅的原子团簇.而对于Al-Si-SiO2薄膜,Al主要是以单质铝的形式存在,Si是以氧化物的形式存在,实验中可以通过改变靶材中铝片的面积大小,改变薄膜中的铝和硅的含量.     

磁控溅射靶源设计及溅射工艺研究

设计制作了方便实用的圆形直流平面磁控溅射靶源;用ＣＴ—５型高斯计测量铝靶面上的磁场分布,给出靶电压和靶电流随溅射氩气压（３．０×１０－１～９．０×１０－１Ｐａ）的变化曲线和３种不同气压（１．０,０．６,０．２Ｐａ）下的伏安特性曲线;在玻璃基体上制备了高纯铝、铜和钛膜．结果表明,该靶源可得到最佳磁场分布,且结构简单、更换靶材方便、溅射电压和气压低、成膜速度快、基体温升低．     

射频功率对射频磁控反应溅射制备AlN薄膜的影响

采用射频磁控溅射法在Si(100)衬底上制备了AlN薄膜,通过控制工艺参数可以沉积出不同择优取向的AlN薄膜,各工艺参数中射频功率对其择优取向的影响最大.XRD表征了AlN薄膜的结构,进而选择出最优射频功率.     

溅射气压对射频磁控溅射制备ZnO薄膜结构的影响

采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上制备ZnO薄膜.利用X射线衍射仪、原子力显微镜,分析了ZnO薄膜的晶体结构和表面形貌.结果表明:所制备的 ZnO薄膜是具有(002)晶面择优生长的多晶薄膜.溅射气压为0.3Pa时,薄膜的晶粒尺寸较大,结晶度提高.     

工艺参数对磁控溅射制备ZnO:Al薄膜性能的影响及分析

采用Al2O3质量分数为2.7%的ZnO:Al(简称AZO)陶瓷靶在RAS-1100C大型中频孪生靶磁控溅射镀膜设备上溅射制备了电阻率在10-3Ω·cm量级、可见光透过率85%的AZO透明导电薄膜.分析了烘烤温度、氩气流速和溅射功率对薄膜电学性能的影响,同时还对固定在靶材前方不同区域处的衬底上沉积得到的AZO薄膜的电阻率差异进行了研究.实验发现靶材刻蚀沟道正前方处沉积的AZO薄膜的电阻率在10-2Ω·cm量级,而两块靶材中间非溅射区域正前方处所沉积的AZO薄膜的电阻率则在5×10-4Ω·cm左右.此研究结果表明沉积在RAS夹具圆筒上的AZO薄膜的性能是靶前各区域溅射沉积薄膜的性能的混合平均.进一步提高RAS溅射制备的AZO薄膜的性能的关键在于抑制高能氧负离子的轰击注入效应以及提高薄膜的结晶性能.     

Influence of target-substrate distance and sputtering power on chromium oxide films prepared by medium-frequency magnetron sputtering

Chromium oxide films were deposited on Si (100) substrates by medium-frequency (MF) unbalanced magnetron sputtering at different target-substrate distances D _TS (60, 100, 120 mm) and sputtering power (2.8, 5.6, 11.2 kW), respectively. The structure, surface morphologies, and microhardness of the chromium oxide films were examined by X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), and microhardness tester. The results indicate that elevated MF sputtering power can improve the crystallization of the films; The D _TS value affects the structure of the films by changing the preferential orientation from CrO₃ (221) to Cr₂O₃ (116); The microhardness of the chromium oxide films is found to increase with the sputtering power. For preparing the Cr₂O₃-dominated films with comparatively high-performance, the optimized condition is the target-substrate distance of 100 mm and MF sputtering power of 11.2 kW.     

溅射法制备的ZnO薄膜的光发射

报道了用射频磁控溅射法在硅衬底上制备出具有好的(002)择优取向的多晶ZnO薄膜，在514nm处观察到显著的单色绿光发射峰；且随着氧分压的增加，绿光发射峰的强度减弱．经真空中退火该发射峰增强；而在氧气中退火该发射峰强度减弱．该发射峰强度依赖于氧分压的事实表明：514nm绿光发射峰与ZnO薄膜中的氧空位缺密切相关，认为它来自于氧空位缺陷深施主能级上的电子到价带顶上的跃迁．     

溅射理论中的硬球模型

作者分别用Sigmund理论和硬球模型求解了溅射输运方程,证明了硬球模型的优越性,从而大大地扩展了Sigmund理论的适用范围(E＞10E0).用硬球模型求得了输运方程的一些严格解,在单元靶解析解的基础上,说明了L=0、1渐近解的正确性.在双元靶严格解的基础上,证明了泽优溅射与原子的半径大小无关.     

磁控溅射真空制膜技术

利用JGP-560CⅧ型带空气锁的超高真空多功能溅射系统在Si(100)和玻璃基底上沉积了介质薄膜、半导体薄膜、金属薄膜和磁性薄膜,通过实验研究得到各种薄膜较好的镀膜条件;并采用可变入射角椭圆偏振光谱仪对其中一些薄膜的光学性质进行了分析,研究了制备条件对薄膜在可见光范围内光学性质的影响;我们还研究了直流溅射、射频溅射、反应溅射的特点和它们的适用范围。     

Broadband antireflection coatings deposited by magnetron sputtering

Conclusions