磁控濺射技術(shù)設(shè)計(jì)合成TaN-NbN和TaN-VN納米多層膜的研究.pdf

1、本文利用超高真空射頻磁控濺射技術(shù)設(shè)計(jì)合成TaN/NbN納米多層膜、TaN/VN納米多層膜以及TaN單層膜。利用納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)研究薄膜的機(jī)械性能，包括表面硬度、彈性模量以及薄膜與基底的附著力；還通過(guò)X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)等分析手段研究了薄膜的結(jié)構(gòu)特征。揭示多層膜體系的結(jié)構(gòu)和性能以及工藝參數(shù)之間的相互關(guān)系，找出合成最佳多層膜的工藝，使多層膜體系的硬度和附著力優(yōu)于單質(zhì)薄膜材料。 1.在設(shè)計(jì)合成TaN/NbN納

2、米多層膜的工藝參數(shù)中，氮?dú)鈿鍤獗壤?、調(diào)制周期都對(duì)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)有較大影響，所有的多層膜都表現(xiàn)出了明銳的TAN(111)與NbN(111)結(jié)晶取向?？偟墓ぷ鳉鈮簽?.6 Pa，Ar與N<,2>氣體流量的比例保持在9：1，調(diào)制周期為10 am，TaN層與NbN層調(diào)制比例t<,TaN>：t<,NbN>=1：1時(shí)制備的TaN/NbN納米多層薄膜，TAN(110)峰加強(qiáng)，結(jié)晶開(kāi)始出現(xiàn)多元化。說(shuō)明適當(dāng)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)有利于混合晶相的氮化物生成，這可能會(huì)

3、影響多層膜的機(jī)械性能。 TaN/NbN多層膜有很好的周期性調(diào)制結(jié)構(gòu)，界面清晰。從小角度XRD圖譜計(jì)算出制備不同調(diào)制周期的TaN/NbN多層膜人分別為5.1 nm、9.8 nm。納米多層膜的硬度、模量和臨界載荷都較TaN和NbN單質(zhì)薄膜有所提高。其中總工作氣壓為0.6 Pa，Ar與N2氣體流量的比例保持在9：1，調(diào)制周期為10nm時(shí)制備的TaN~bN納米多層膜硬度和模量值分別達(dá)到了最高值30 GPa和326 GPa。表明薄膜的硬度

4、、彈性模量與工藝參數(shù)有著直接的關(guān)系。在最大載荷60 mN條件下，所有納米多層膜的臨界載荷都明顯高于單層膜TaN和NbN。 2.在設(shè)計(jì)合成TaNNN納米多層膜工藝參數(shù)中，工作氣壓、調(diào)制周期對(duì)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)有較大影響，在總的工作氣壓為0.2 Pa，Ar與N<,2>氣體流量的比例保持在8：1，調(diào)制周期為25nm，TaN層與VN層調(diào)制比例t<,TaN>：t<,VN>=1：1時(shí)制備的TaN/VN納米多層薄膜，其結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了TAN(110)

5、、VN(200)混合晶相，這可能會(huì)影響多層膜的機(jī)械性能。 小角度XRD衍射圖譜和SEM測(cè)試均表明多層膜的界面清晰，調(diào)制周期性好。計(jì)算出制備不同調(diào)制周期的TaN/VN多層膜人分別為10 nm、19 nm、25nm和30 nm。納米多層膜的硬度和彈性模量都較TaN和VN單質(zhì)薄膜有所提高。其中總工作氣壓為0.2 Pa，Ar與N<,2>氣體流量的比例保持在8：1，調(diào)制周期為25 nm時(shí)制備的TaN/VN納米多層膜硬度和模量值分別達(dá)到了最

6、高值31 GPa和326GPa。表明薄膜的硬度、彈性模量與工藝參數(shù)有著直接的關(guān)系。在最大載荷60 mN條件下，所有納米多層膜的臨界載荷都明顯高于單層膜TaN和VN。 3.利用超高真空射頻磁控濺射技術(shù)設(shè)計(jì)合成TaN單層薄膜?；衔锇胁南鄬?duì)于純金屬靶材對(duì)單層薄膜的晶體結(jié)構(gòu)有較大影響?；衔锇兄苽涞谋∧さ挠捕群蛷椥阅Ａ慷驾^金屬靶制備的薄膜有所提高。其中總工作氣壓為0.4 Pa采用化合物靶制備的TaN薄膜硬度達(dá)到了最高值35 Gpa。