磁控溅射tin及zrn薄膜的特性研究

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1、重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要氮化钛和氮化锆薄膜的结构通常由金属键和共价键混合而成具有金属晶体和共价晶体的特点高熔点高硬度优异的热和化学惰性优良的导电性和金属反射比这类薄膜既可作为一种耐磨及硬质薄膜而广泛用于各种切削工具机械零部件也可作为各种装饰薄膜应用于装饰行业还可作为Cu和Si之间的扩散阻挡层氮化钛和氮化锆薄膜通常是在高温下沉积其目的是降低薄膜内应力增加膜/基结合强度和优化晶粒提高薄膜机械性能目前对于高温制备氮化钛和氮化锆薄膜已进行了大量的研究工作但在室温下沉积氮化钛和氮化锆薄膜却少有报道基

2、体的沉积温度决定了沉积薄膜的基体材料的范围室温沉积可以扩大基体材料的范围例如可将其沉积在有机柔性衬底上扩大氮化钛和氮化锆薄膜的潜在用途此外室温沉积也为低能耗简化薄膜的制备工艺开辟了一条途径单一的纯净元素组成的薄膜材料的性能往往不能满足实际的需要必须进行掺杂改性掺杂的作用是多方面的薄膜的颜色力学化学和光学性能以及结构都会随掺杂材料的种类和掺杂含量而改变对TiN薄膜掺适量的Zr掺杂除了能大幅度改善其机械性能外而且还因Zr原子的存在能提高TiN薄膜的耐腐蚀性能本研究课题以纯钛靶及纯锆靶为靶材采用反应磁控

3、溅射工艺在玻璃和高速刚上沉积氮化钛和(Ti,Zr)N薄膜通过紫外-可见分光分度计和X射线衍射仪及扫描隧道显微镜测试分析讨论了工艺参数对氮化钛薄膜机械性能光学性能和结构的影响研究了Zr掺杂对(Ti,Zr)N薄膜性能与结构的影响采用射频反应磁控溅射纯锆靶制备了透明硬质薄膜并对其性能进行了研究研究表明氮化钛和(Ti,Zr)N薄膜为多晶态氮流量决定了氮化钛薄膜的结构和性能增加氮流量能使氮化钛薄膜的结构向面心立方结构转变从而得到性能良好的氮化钛薄膜施加负偏压能优化氮化钛晶粒和减少薄膜中的缺陷使膜层变得更致密

4、从而提高薄膜硬度氮化钛主要遵循自由载流子光吸收氮含量较少时薄膜中的自由电子数目较多随着氮含量的增加薄膜中的自由电子数目不断减少反射率逐渐降低等离子体频率向低能端移动从而使薄膜颜色出现规律变化由金属色银白色到淡黄金黄再到红黄并且薄膜亮度呈下降趋势金黄色的(Ti,Zr)N薄膜中存在TiN和ZrN的分离相但其为单一的面心立方结构并具有111面择优取向相对于TiN薄膜Zr掺杂后并没有使薄膜的导带价带和禁带发生变化只是在TiN禁带内增加了新能级这也正是掺杂Zr后薄膜仍I重庆大学硕士学位论文中文摘要为金黄色的

5、主要原因用射频反应磁控溅射方法制备出具有优良耐腐蚀性能和较高硬度的透明薄膜进一步研究表明薄膜晶粒远远小于可见光波长和具有很宽的禁带是这种薄膜透明的主要原因关键词磁控溅射氮化钛(Ti,Zr)N薄膜透明氮化锆薄膜II重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTResultingfromtheexhibitionofbothmetallicandcovalentbondingcharacteristics,theTiNandZrNfilmshaveinterestingpropertiessuchash

6、ighmeltingpoints,highhardness,excellentthermalandchemicalinert,goodconductivityandmetallicreflectivity.Therefor,thosefilmscanbeusedashard-coatingthinfilmstoexpandlifetimesofmechanicalcompoundsuchascuttingtoolsanddies.Fordecorativepurpers,TiNandZrNarea

7、lsoemployedinsomecase.Inelectronicindustry,thosefilmsareusedasdiffusionbarrierlayersbetweenCuandSi.TiNandZrNfilmshaveusuallybeendepositedathightemperatureinthehopeofloweringthestress,increaseingthebondingstrengthbetweenfilmsandsubstrates,optimizinggra

8、insoffilmsandattaininghighermicrohardness.Sothatalotofexperimentshavebeendoneathightemperature,buttherearealittleresearchspreparingthosefilmsatroomtemperature.Thedepositiontemperaturedeterminestherangeofthesubstratesandthemeaingofdepositionatr