反應(yīng)磁控濺射法制備TiN薄膜的研究.pdf

1、TiN是第一個(gè)產(chǎn)業(yè)化并廣泛應(yīng)用的硬質(zhì)薄膜材料，有關(guān)它的制備研究一直十分活躍，已成為國內(nèi)外硬質(zhì)涂層研究的熱點(diǎn)。由于其具有較高的硬度和耐磨性能、獨(dú)特的金黃色、低電阻率以及阻擋擴(kuò)散層性質(zhì)，在刀具、模具、裝飾材料和集成電路中都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 以往較少地在TiN薄膜微觀結(jié)構(gòu)和各種性能之間的聯(lián)系上進(jìn)行研究和探索，更缺乏對(duì)TiN薄膜生長過程進(jìn)行深刻地了解和探究。因此，本論文主要集中于研究TiN薄膜濺射沉積的微觀過程分析、薄膜生長過程及理

2、論的探索、薄膜微觀結(jié)構(gòu)和成分與性能之間的規(guī)律性聯(lián)系等方面，增強(qiáng)Tin薄膜性能應(yīng)用研究的科學(xué)理論基礎(chǔ)，以期為高性能TiN薄膜的制備提供依據(jù)。 本文采用反應(yīng)磁控濺射法制備TiN薄膜，并分別在沉積時(shí)間、工作總壓、氮?dú)夥謮?、基底溫度和襯底偏壓上進(jìn)行參數(shù)控制，研究各個(gè)參數(shù)控制條件下TiN薄膜微觀結(jié)構(gòu)、形貌、成分、生長取向的規(guī)律性變化；同時(shí)研究了各工藝參數(shù)控制條件下TiN薄膜沉積速率、顯微硬度、致密性及膜基結(jié)合性能等，分析并總結(jié)TiN薄膜微

3、觀結(jié)構(gòu)和各種性能之間的密切聯(lián)系。 在幾個(gè)工藝參數(shù)中，對(duì)TiN薄膜結(jié)構(gòu)、形貌和性能影響最大的是氮?dú)夥謮骸⒒诇囟群鸵r底偏壓。本文針對(duì)此三個(gè)參數(shù)對(duì)TiN薄膜微觀結(jié)構(gòu)、生長取向及性能的影響進(jìn)行了較為深入的分析和研究，并獲得了一些相關(guān)規(guī)律。同時(shí)研究了薄膜表面能s<,hkl>和應(yīng)變能U<,hkl>對(duì)TiN薄膜生長取向的控制影響。 根據(jù)TiN薄膜具有NaCl型的面心立方晶體結(jié)構(gòu)，研究表明：薄膜表面能S<,hkl>和薄膜應(yīng)變能U<,h

4、kl>的大小均與薄膜生長取向有關(guān)。當(dāng)薄膜膜厚較小時(shí)，表面能控制TiN薄膜的生長并顯示出{100}取向生長趨勢(shì)；而當(dāng)薄膜膜厚較大時(shí)，應(yīng)變能占主導(dǎo)因素，使薄膜呈現(xiàn)出{111}擇優(yōu)取向。其結(jié)果都是為了減小TiN薄膜體系的自由能。 最后，本論文從微觀粒子的相互作用和輸運(yùn)出發(fā)，分析了粒子通量形式的濺射速率，建立了TiN薄膜生長速率模型，對(duì)TiN薄膜成核長大過程進(jìn)行了研究，運(yùn)用薄膜的成核長大熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)理論分析TiN薄膜晶粒尺寸大小。研究