本文采用磁控濺射儀制備了一系列分別含有貴金屬元素Ag,Ru的NbN-Ag,TaCN-Ag及Ti Ru N納米復(fù)合膜,利用X射線衍射儀（XRD）,透射電子顯微鏡（TEM）,掃描電子顯微鏡（SEM）及搭載的能譜儀（EDS）,拉曼光譜,原子力顯微鏡,納米力學(xué)綜合測試系統(tǒng),摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和激光共聚焦顯微鏡等設(shè)備對薄膜的微結(jié)構(gòu),力學(xué)性能和摩擦磨損性能進(jìn)行了表征。主要研究結(jié)果如下:對不同Ag含量的NbN-Ag復(fù)合膜的研究結(jié)果表明:NbN-Ag復(fù)合膜由fcc-NbN,hcp-NbN和fcc-Ag相組成。隨著Ag含量的增加,復(fù)合膜的硬度及彈性模量逐漸降低,在Ag含量為19.9 at.%時(shí),達(dá)到最小硬度11GPa和最小彈性模量100GPa。室溫下,隨著Ag含量的增加,復(fù)合膜的摩擦系數(shù)逐漸降低,磨損率逐漸增大。在200-700℃時(shí):隨著溫度的增加,Ag含量為9.2 at.%的NbN-Ag復(fù)合膜的摩擦系數(shù)和磨損率均先上升后降低,在300℃時(shí)分別達(dá)到最大值0.7和3.9×10-9mm3N-1m-1;Ag含量為19.9 at.%的NbN-Ag復(fù)合膜的摩擦系數(shù)始終保持在0.3左右,磨損率先上升后下降,在300℃時(shí)... 

【文章來源】：江蘇科技大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

薄膜的生長過程

6圖1.2薄膜的生長模式Fig.1.2Themodesoffilmgrowth1.5過渡族金屬氮化物薄膜1.5.1過渡族金屬氮化物薄膜研究現(xiàn)狀過渡族金屬氮化物(TransitionMetalNitride，TMN)是以N原子為填充原子進(jìn)入到金屬晶格中形成的金屬間填充化合物。由于在其晶格中金屬原子d層軌道是相互交疊的，所以其在固態(tài)下呈現(xiàn)金屬光澤[28]。過渡族金屬氮化物薄膜因具有良好的機(jī)械性能，耐摩擦磨損性能，抗氧化性能，耐腐蝕性能及光電性能而廣泛應(yīng)用與航空航天，機(jī)械加工，半導(dǎo)體行業(yè)及生物植入技術(shù)等領(lǐng)域。由于過渡族金屬氮化物中的N原子是以填充原子的方式進(jìn)入到過渡族金屬中，因此對于過渡族金屬氮化物，其在特定范圍內(nèi)會(huì)形成非計(jì)量化合物。即在晶體內(nèi)部，金屬原子與氮原子之間的數(shù)目比是在一定范圍內(nèi)變化的。根據(jù)Hagg經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，根據(jù)過渡族金屬氮化物中N原子與過渡族金屬(TM)原子的半徑之比(RN/RTM)的變化，晶體結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)RN/RTM小于0.59時(shí)，該金屬氮化物將為簡單的立方(ccp)或六方密堆結(jié)構(gòu)(hcp)，而當(dāng)RN/RTM大于0.59時(shí)，此時(shí)薄膜的結(jié)構(gòu)開始呈現(xiàn)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)[29]。到目前為止，關(guān)于二元過渡族金屬氮化物薄膜的研究已經(jīng)較為成熟，早在上世紀(jì)，學(xué)者們就已經(jīng)通過PVD，CVD等方法制備了一系列氮化物薄膜，例如TiN，CrN，TaN等，并對其各項(xiàng)性能進(jìn)行了研究。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但是隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的二元過渡族氮化物薄膜已經(jīng)越來不能滿足目前技術(shù)參數(shù)的要求。為此目前人們已經(jīng)更多的將目光聚焦于以過渡族金屬氮化物為基礎(chǔ)的多元復(fù)合薄膜上。目

10第2章薄膜的表征和制備2.1引言截至目前，各種納米薄膜的制備技術(shù)都已十分成熟，其中磁控濺射技術(shù)由于可制備薄膜范圍寬，濺射原子能量高，膜基結(jié)合力好，膜層密度高，重復(fù)性好等特點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金屬膜，半導(dǎo)體膜，氧化膜等薄膜的制備。且目前也已經(jīng)初步進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用。因此本文選用磁控濺射法制備了一系列含貴金屬Ag，Ru的過渡族金屬氮化物薄膜試樣。接下來對磁控濺射技術(shù)原理，薄膜制備工藝及各類檢測設(shè)備進(jìn)行介紹。2.2薄膜的制備方法與設(shè)備2.2.1薄膜制備設(shè)備本文中的所有薄膜均采用由中國科學(xué)院沈陽科學(xué)儀器廠生產(chǎn)的JGP-450型多靶射頻磁控濺射儀制備。該磁控濺射儀主要由濺射系統(tǒng)，真空系統(tǒng)，供氣系統(tǒng)，循環(huán)冷卻系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成，其外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。濺射系統(tǒng)采用倒裝式放置，三個(gè)獨(dú)立的射頻濺射靶通過支架固定在艙室下方，可進(jìn)行三種靶材同時(shí)濺射。樣品架安裝在艙室上方，可將襯底固定并做勻速旋轉(zhuǎn)，保證沉積薄膜成分的均勻性。靶材直徑為75mm，靶材到樣品架的距離均為78mm。在樣品架及靶材前方均安裝有擋板，可以控制靶材及襯底的開合。真空系統(tǒng)主要由機(jī)械泵，分子泵組成，主要保證艙室內(nèi)的真空度。循環(huán)冷卻系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)對分子泵及濺射系統(tǒng)降溫。供氣系統(tǒng)是為濺射提供氬氣及反應(yīng)氣體。通過流量控制計(jì)可對氣體流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過控制系統(tǒng)可以對濺射過程中各種參數(shù)進(jìn)行控制。圖2.1JGP-450多靶磁控濺射儀外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2.1Externalappearanceandinnervacuumchamber"sstructureofJGP-450multi-targetsmagnetronsputter

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號：3004396