X射线激光自支撑Mo滤光膜的制备及特性研究

用直流平面磁控溅射方法在抛光玻璃衬底上淀积Mo薄膜,将薄膜在真空环境中进行热处理,用扫描探针显微镜(SPM)方法观察了薄膜的表面形貌,X-射线衍射方法分析了薄膜中应力各向异性特征及其与淀积时溅射气体压强和真空热处理的关系.发现薄膜中晶粒具有明显的择优取向,内应力沿径向对称分布,切向应力比径向应力更具有压应力特性,应力的各向异性特征与溅射原子的入射方向有关.真空热处理对薄膜中压应力的释放作用不明显,然而能有效地释放薄膜中的张应力.用HF酸腐蚀衬底的方法制备了自支撑Mo薄膜,发现脱膜前后薄膜表面微观形貌未产生大的变化.     

X射线激光自支撑Mo滤光膜的制备及特性研究

用直流平面磁控溅射方法在抛光玻璃衬底上淀积Mo薄膜,将薄膜在真空环境中进行热处理,用扫描探针显微镜(SPM)方法观察了薄膜的表面形貌,X-射线衍射方法分析了薄膜中应力各向异性特征及其与淀积时溅射气体压强和真空热处理的关系.发现薄膜中晶粒具有明显的择优取向,内应力沿径向对称分布,切向应力比径向应力更具有压应力特性,应力的各向异性特征与溅射原子的入射方向有关.真空热处理对薄膜中压应力的释放作用不明显,然而能有效地释放薄膜中的张应力.用HF酸腐蚀衬底的方法制备了自支撑Mo薄膜,发现脱膜前后薄膜表面微观形貌未产生大的变化.     

X射线激光自支撑Mo滤光膜的制备及特性研究

用直流平面磁控溅射方法在抛光玻璃衬底上淀积 Mo薄膜 ,将薄膜在真空环境中进行热处理 ,用扫描探针显微镜 ( SPM)方法观察了薄膜的表面形貌 ,X-射线衍射方法分析了薄膜中应力各向异性特征及其与淀积时溅射气体压强和真空热处理的关系。发现薄膜中晶粒具有明显的择优取向 ,内应力沿径向对称分布 ,切向应力比径向应力更具有压应力特性 ,应力的各向异性特征与溅射原子的入射方向有关。真空热处理对薄膜中压应力的释放作用不明显 ,然而能有效地释放薄膜中的张应力。用 HF酸腐蚀衬底的方法制备了自支撑 Mo薄膜 ,发现脱膜前后薄膜表面微观形貌未产生大的变化。     

不同溅射气压制备W/Si多层膜的实时应力研究

研究了不同溅射气压条件下磁控溅射制备W/Si多层膜过程中的应力变化,使用X射线衍射仪测量了多层膜的结构,使用实时应力测量装置研究W/Si多层膜沉积过程中的应力演变。结果表明,在溅射气压从0.05Pa增加到1.10Pa的过程中,薄膜沉积过程中产生的压应力不断减小并最终过渡为张应力,应力值在溅射气压为0.60Pa时最小,研究结果对减小膜层应力具有指导意义。     

热处理对离子束溅射Ta_2O_5薄膜特性的影响

利用离子束溅射沉积技术制备了Ta2O5薄膜,在100~600℃的大气氛围中对其进行热处理(步进温度为100℃),并对热处理后样品的光学常数(折射率、折射率非均匀性、消光系数和物理厚度)、应力、晶向和表面形貌进行了研究。研究显示,随着热处理温度增加,薄膜折射率整体呈下降趋势,折射率非均匀性和物理厚度呈增加趋势,结果有效地改善了薄膜的消光系数和应力,但薄膜的晶向和表面形貌均未出现明显的变化。结果表明:热处理可以有效改变薄膜特性,但需要根据Ta2O5薄膜具体应用综合选择最优的热处理温度。本文对离子束溅射Ta2O5薄膜的热处理参数选择具有指导意义。     

基于纳米压痕和纳米冲击技术研究溅射功率对Ti薄膜力学性能的影响

控制磁控溅射工艺中的溅射功率为变量,在玻璃基体上沉积了相同厚度的纯Ti金属薄膜。采用原子力显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪、纳米冲击系统、电子薄膜应力分布测试仪表征薄膜表面形貌、相结构和力学性能,研究溅射功率对薄膜显微结构和力学性能的影响机制。结果表明:随着溅射功率的增加,Ti膜晶粒尺寸和粗糙度与溅射功率呈指数函数增大,晶粒择优取向程度与薄膜硬度总体呈现上升的趋势;溅射功率较小时,薄膜延展性好,不易产生疲劳断裂;薄膜疲劳寿命受残余应力的影响程度高,残余应力最大的薄膜,疲劳寿命最短。分析原因认为溅射功率主要通过影响Ti原子团、Ar离子团的能量以及靶材原子的动能,进一步影响薄膜的显微结构和残余应力;薄膜硬度受晶粒择优取向程度影响较大;残余拉应力的增加会促进裂纹的形核和生长,降低薄膜的断裂韧度并缩短疲劳寿命;纳米冲击测试结果显示溅射功率变大,薄膜破坏形式由塑性变形转变为脆性断裂,即薄膜由韧性向脆性转变。     

磁控溅射技术进展及应用(下)

近年来磁控溅射技术的应用日趋广泛,在工业生产和科学研究领域发挥巨大作用。随着对具有各种新型功能的薄膜需求的增加,相应的磁控溅射技术也获得进一步的发展。本文将介绍磁控溅射技术的发展,以及闭合磁场非平衡溅射、高速率溅射及自溅射、中频及脉冲溅射等各种新技术及特点,阐述磁控溅射技术在电子、光学、表面功能薄膜、薄膜发光材料等许多方面的应用。     

磁控溅射技术进展及应用(上)

近年来磁控溅射技术的应用日趋广泛,在工业生产和科学研究领域发挥巨大作用。随着对具有各种新型功能的薄膜需求的增加,相应的磁控溅射技术也获得进一步的发展。本文将介绍磁控溅射技术的发展,以及闭合磁场非平衡溅射、高速率溅射及自溅射、中频及脉冲溅射等各种新技术及特点,阐述磁控溅射技术在电子、光学、表面功能薄膜、薄膜发光材料等许多方面的应用。     

离子束溅射工艺中的基片温度及其控制方法

离子束溅射技术以其在制备薄膜中的独特优点,成为获得高性能薄膜材料的重要手段。对于薄膜的制备,基片的温度是一个重要参数。主要从薄膜结构、应力和附着力三个方面总结了基片温度对离子束溅射工艺中薄膜生长的影响,并结合实际情况,介绍了在离子束刻蚀、溅射和磁控溅射镀膜工艺中的一些温度控制方法。在实际操作中,要根据沉淀薄膜的要求和离子束溅射的具体方法及设备,并结合基片本身的结构特点来考虑基片的控温措施及温度范围。     

贵金属溅射靶材的研究进展

溅射靶材是磁控溅射制备薄膜的关键原材料,其质量决定着溅射薄膜的性能.贵金属溅射靶材因具有优异的物理和化学性能而广泛应用于高性能薄膜的制备.综述了贵金属溅射靶材制备方法、技术要求和应用情况的研究进展,指出高纯化、大尺寸、高利用率以及靶材生产与溅射镀膜一体化是贵金属靶材未来发展方向.     

ECR结合中频磁控溅射制备掺Cu类金刚石膜工艺及性能研究

为改善DLC膜的内应力及导热问题,采用ECR微波等离子体化学气相沉积及中频磁控溅射的方法制备掺Cu类金刚石膜,研究溅射电流对薄膜中Cu含量、薄膜表面形貌、结构及机械性能的影响.结果表明:改变溅射电流能有效地控制类金刚石膜中金属含量,拉曼光谱显示,制备的薄膜为典型的类金刚石薄膜结构;Cu的掺入使得类金刚石膜的硬度和耐磨损性能下降,但在一定溅射电流下可得到薄膜结构及机械性能均较好的掺Cu类金刚石膜.     

偏压对掺钨含氢类金刚石碳膜摩擦学性能的影响

利用非平衡磁控溅射技术在单晶硅片及9Cr18基体表面制备不同偏压下的掺钨含氢类金刚石碳膜。采用Ra-man光谱分析薄膜结构,采用纳米硬度测试仪和纳米划痕仪研究薄膜的纳米硬度、弹性模量和膜基附着力,在球-盘摩擦试验机上测试薄膜在大气环境中的摩擦学性能,研究薄膜的摩擦学性能与偏压的关系。结果表明:制备的薄膜样品均具有典型的类金刚石碳膜结构;基体偏压强烈影响薄膜的力学和摩擦学性能,薄膜硬度和弹性模量在0～150 V范围内随着偏压增加而增大,薄膜的摩擦因数在偏压为100 V时最小,在此参数下的耐磨寿命也最长。     

Fractal features of carbon–nickel composite thin films

This work analyses the three‐dimensional (3‐D) surface texture of carbon–nickel (C–Ni) films grown by radio frequency (RF) magnetron co‐sputtering on glass substrates. The C–Ni thin films were deposited under different deposition times, from 50 to 600 s, at room temperature. Atomic force microscopy was employed to characterize the 3‐D surface texture data in connection with the statistical, and fractal analyses. It has been found that up to 180 s the sputtering occurs in more metal content mode and in greater than 180 s it occurs in more non‐metal content mode. This behavior demonstrated a strong link between the structural and morphological properties of C–Ni composite films and facilitates a deeper understanding of structure/property relationships and surface defects in prepared samples. Furthermore, these findings can be applied to research on the mechanisms to prepare and control high‐quality C–Ni films.     

Tribological experience with hard coats on soft metallic substrates

TiN films were deposited on an aluminum alloy substrate by magnetron reactive sputtering. Tribological evaluations conducted show the feasibility of wear control with the deposition of hard films on soft substrates.     

T10钢表面BN薄膜结合力改善及减摩性研究

采用射频磁控溅射法在T10碳素工具钢表面制备了氮化硼薄膜;研究了在基材和薄膜之间化学镀N i-P中间层对薄膜结合力的影响;使用摩擦试验机对基材和镀膜后的试样进行了摩擦性能检测;通过划痕试验进行了结合强度试验。结果表明在工具钢表面溅射镀BN薄膜后摩擦因数明显降低,从原来的0.8下降到0.6,具有良好的减摩效果;BN薄膜和T10钢基材之间有一定的结合强度,加入N i-P中间层以后膜基结合力有显著增加,能达到约30 N;采用射频磁控溅射法制备得到的薄膜内部的应力为压应力,这有利于薄膜的附着和立方相氮化硼的形成。     

靶功率对射频磁控溅射制备MoS_2-Sb_2O_3复合薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射技术制备MoS2-Sb2O3复合薄膜,研究靶功率对薄膜性能和结构的影响。利用XRD、XRF分析薄膜的成分和结构,用CSM薄膜综合性能仪测试薄膜的硬度及附着力,通过承载力试验测试薄膜的承载性能,使用真空球-盘摩擦试验机测试真空和大气下薄膜的摩擦因数及耐磨寿命。结果表明:使用射频磁控溅射制备的MoS2-Sb2O3复合薄膜具有准非晶结构,其薄膜结构和成分受沉积时的靶功率影响;MoS2-Sb2O3复合薄膜在真空下具有比大气下更稳定的摩擦学性能,更长的耐磨寿命;提高溅射原子能量能有效地提高MoS2-Sb2O3复合薄膜的承载性能,减少薄膜的内应力,提高薄膜的附着力,提高薄膜的耐磨寿命。     

20CrNiMo钢表面磁控溅射制备TiN/ZrN多层薄膜的形貌及摩擦学性能

利用非对称双极脉冲磁控溅射技术在20CrNiMo钢表面制备了TiN/ZrN多层薄膜,利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察了薄膜的截面和表面形貌,用划痕仪测试了薄膜与基体的结合力,通过球-盘摩擦磨损试验机对薄膜的摩擦学性能进行了研究。结果表明:制备的TiN/ZrN多层薄膜厚度约为2.1μm,薄膜均匀且致密,表面粗糙度为13.63nm;薄膜与基体结合较牢固,临界载荷达到51.0N;薄膜具有优良的减摩性,摩擦因数为0.16,较基体20CrNiMo钢的0.33明显减小,使该钢的耐磨性能得到提高。     

Surface characteristics and tribology study of metal oxide thin films

Abstract

Microcrystalline high quality undoped ZnO thin films were deposited on Si(100) and Corning 1737F glass substrates by a dc magnetron sputtering system. Surface and mechanical properties of ZnO thin films deposited under different deposition conditions (thickness, deposition rate and plasma composition) were investigated. Atomic force microscopy, nanoindentation techniques and scratch tests have been carried out. The lateral grain radius was between 50 and 160 nm. Surface roughness was found to vary from 1·3 to 10·3. In order to measure the real hardness of ZnO thin films grown on Si(100) and glass Continuous Stiffness Measurement technique was used. The hardness was found to be between 11 and 13 GPa for the polycrystalline ZnO almost five times larger than for the corresponding single crystalline material, while scratch tests verified a film structure, thickness, and surface morphology dependency on the mechanical properties for these metal oxide thin films.     

柔性基底薄膜在磁控溅射镀膜领域的应用研究

聚乙烯醇(PVA)薄膜、聚酰亚胺(PI)薄膜、聚酯(PET)薄膜是磁控溅射时使用的几种典型柔性基底薄膜,其主要性能参数有耐温、放气率、拉伸强度和复合强度等,这些性能的好坏是选用磁控溅射柔性基底薄膜的重要标准。本文通过对比磁控溅射镀膜时所用的几种柔性基底薄膜的使用性能,给出了适合磁控溅射制备微屑的柔性基底薄膜和制备多层膜的柔性基底薄膜。