磁控濺射Ti-TiN多層薄膜制備及其性能研究.pdf

1、近年來,薄膜多層結(jié)構(gòu)的研究引起了研究者極大的關(guān)注,成為薄膜材料的研究熱點(diǎn)之一。多層周期結(jié)構(gòu)薄膜材料具有任何單一成分薄膜難以達(dá)到的各種特殊性能,能滿足各種特殊應(yīng)用的需求。其中,Ti/TiN多層周期結(jié)構(gòu)薄膜是Ti和TiN薄膜垂直于薄膜方向上交替生長(zhǎng)而形成的納米多層結(jié)構(gòu),Ti/TiN多層周期結(jié)構(gòu)薄膜具有Ti和TiN所表現(xiàn)的硬度和耐磨性能,而且這種軟硬相間的Ti/TiN多層周期結(jié)構(gòu)薄膜具有良好的韌性、耐熱、耐腐蝕、優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性能,是單層T

2、i薄膜或TiN薄膜所不能兼?zhèn)涞摹Ｒ酝难芯恐饕杏谔岣逿i/TiN多層周期結(jié)構(gòu)薄膜的硬度、摩擦性能等方面,并取得了一些較好的成果,但在Ti/TiN多層周期結(jié)構(gòu)薄膜的電學(xué)性能、光學(xué)性能方面的研究和探索則明顯不足。
　　 本文通過正交實(shí)驗(yàn)得到單層TiN薄膜制備的基準(zhǔn)工藝參數(shù),并研究了工藝參數(shù)對(duì)TiN薄膜結(jié)構(gòu)及其光學(xué)和電學(xué)性能的影響。探究了磁控濺射法制備薄膜的成膜規(guī)律,建立了粒子濺射速率模型,研究了薄膜生長(zhǎng)機(jī)制,并通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了

3、粒子濺射速率模型的正確性,為制備高質(zhì)量Ti/TiN多層周期結(jié)構(gòu)薄膜提供了一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　 采用己獲得的薄膜制備基準(zhǔn)工藝參數(shù),制備了不同調(diào)制結(jié)構(gòu)的Ti/TiN多層周期結(jié)構(gòu)薄膜,并對(duì)Ti/TiN多層周期結(jié)構(gòu)薄膜的物相、表面形貌、薄膜厚度和表面原子化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行表征,對(duì)薄膜進(jìn)行了深度分析,研究表明所制備的薄膜是多層周期結(jié)構(gòu)。研究了薄膜內(nèi)應(yīng)力,研究表明隨著襯底溫度的升高,薄膜內(nèi)部的壓應(yīng)力逐漸減小,并討論了減小薄膜內(nèi)應(yīng)力的方法。

4、>　　 通過對(duì)Ti/TiN多層周期結(jié)構(gòu)薄膜進(jìn)行光學(xué)和電學(xué)性能的分析,得到薄膜制備工藝、薄膜結(jié)構(gòu)與薄膜光電性能的相關(guān)關(guān)系,結(jié)果表明隨著濺射過程中襯底溫度的升高,Ti/TiN多層周期結(jié)構(gòu)薄膜方塊電阻減小,而周期薄膜的電阻率顯著降低,表面形貌比單層薄膜更加致密均勻;薄膜紅外反射率與薄膜的電阻率有關(guān),當(dāng)薄膜電阻率減小時(shí),薄膜紅外反射率增大,且隨薄膜表面粗糙度的增大而減小;電阻率隨著周期數(shù)的增大而減小;周期層數(shù)增加時(shí)薄膜近紅外反射率增大,當(dāng)達(dá)到

5、一定層數(shù)時(shí),近紅外反射率變化不大;當(dāng)調(diào)制周期為25nm時(shí),薄膜方塊電阻最小,同時(shí)薄膜紅外反射率最大。
　　 研究了Ti/TiN多層周期結(jié)構(gòu)薄膜的腐蝕性能,得到薄膜制備工藝和薄膜結(jié)構(gòu)對(duì)薄膜耐腐蝕性能的影響,研究表明隨著襯底溫度升高,薄膜的耐腐蝕性能有顯著提高;靶材的濺射功率較高時(shí),可以沉積得到較致密的膜層,其耐蝕性也得到提高;當(dāng)調(diào)制周期為25nm,調(diào)制比為1:2時(shí),薄膜的耐腐蝕性能最好;隨著周期薄膜周期層數(shù)的增加,薄膜的耐腐蝕性能