SiC薄膜是一種物理、化學性能優(yōu)良的功能材料,具有良好的熱傳導率、高硬度以及化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點,被廣泛的應用于核防護、微電子以及器件防護等領域。然而隨著現(xiàn)代技術的不斷發(fā)展,對材料性能的要求也越來越高,傳統(tǒng)SiC薄膜在實際的應用中也暴露出多種問題,如:膜基之間粘附性能不佳、具有一定的硬脆性等。這使得SiC薄膜在實際應用過程中常會因為與基底材料性質差異過大,造成膜基之間粘附性能較差,產(chǎn)生薄膜脫落等問題,SiC薄膜在實際的應用過程中還可能會發(fā)生脆性斷裂,導致薄膜失效。這些問題的存在制約了 SiC薄膜的進一步應用。為解決SiC薄膜存在的問題,提升SiC薄膜的綜合性能,本文嘗試將過量的C元素摻入SiC薄膜中,以獲得富碳SiC薄膜,并研究了退火溫度以及緩沖層厚度對富碳SiC薄膜性能的影響,研究結果如下:（1）采用直流磁控濺射技術在沉積有SiAlON緩沖層的基底上制備了富碳SiC薄膜,研究了退火溫度對SiC薄膜性能的影響,實驗過程中退火區(qū)間設置為400℃～700°C,研究發(fā)現(xiàn)退火溫度的變化未使得SiC薄膜結晶,但可以顯著改變SiC膜層中游離C元素的鍵合狀態(tài)。隨退火溫度的逐漸升高,在Si元素的作用下S... 

【文章來源】：山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１脈沖直流磁控濺射輸出電壓波形圖??

?山東大學碩士學位論文???出電壓波形圖，通常認為，脈沖電壓的輸出波形一般為矩形波，但在實際的使用??過程中，因帶電粒子的消失具有一定的馳豫時間，因此，實際的輸出波形往往更??趨向于梯形。脈沖直流磁控濺射輸出的電壓是周期性變化的，低電平的存在可以??使得靶材表面聚集的電荷充分釋放，也可以避免靶材溫度過高而導致其他衍生問??題，值得一提的是低電平的電壓不會小于零。通過對脈沖直流磁控濺射的高電平??和低電平所占時間比例的調節(jié)，可以控制靶材在一個周期內濺射的時長，實現(xiàn)濺??射效率的提高。??射頻磁控濺射就是在陰極靶材上加上射頻電壓，帶電粒子在陰陽兩極之間來??回震蕩，這極大地提高了氣體的離化效率。同時射頻磁控濺射靶材表面的正負電??荷中和方式是采用陽離子和電子對陰極交替轟擊來實現(xiàn)的，獨特的電荷中和方式??的引入，使得靶材表面不至于積累過多的電荷而導致無法溉射，這也解決了磁控??濺射無法濺射絕緣靶材的問題。由于射頻磁控濺射所采用的頻率范圍一般較大，??一般大于３００ＫＨＺ，需要相應的具有絕緣、屏蔽的網(wǎng)絡裝置的安裝，這對射頻磁??控濺射技術的工業(yè)化應用產(chǎn)生著不利的影響。??１．３．１．２多弧離子鍍技術??樣Ｉ??圖１－２多弧離子鍍腔內結構示意圖??不同于磁控溉射的輝光放電，多弧離子鍍的弧光放電方式也決定了其靶面逸??出的粒子具有更高的能量，因此多弧離子鍍制備出的薄膜往往很致密。在使用多??弧離子鍍制備薄膜時需要在高真空下進行，這是因為弧光放電無法在大氣環(huán)境下??７??

?山東大學碩士學位論文???第二章薄膜的制備與表征方法??２．１磁控濺射設備??本文使用ＴＳＵ－６５０型磁控濺射鍍膜設備，制備富碳ＳｉＣ、Ａ１Ｎ、Ｓｉ〇Ｃ等薄??膜，設備如圖２－１所示。該設備配有循環(huán)水系統(tǒng)、轉架轉動系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、控??制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及氣體供給系統(tǒng)等，下面將依次介紹各系統(tǒng)的作用。循環(huán)水??系統(tǒng)主要是給工作中的分子栗、靶座和腔壁供水，防止各系統(tǒng)因工作溫度過高，??導致機器部件損壞；轉架轉動系統(tǒng)主要作用是將成膜所用的基底精準定位至濺射??的靶材，實現(xiàn)鍍膜；真空系統(tǒng)包括兩臺機械泵和一臺分子泵，主要用于腔室真空??的獲��；控制系統(tǒng)主要是用于控制整個機器的運行，包括電源的開啟、轉架的轉??動以及濺射氣體的獲取等；電源系統(tǒng)配有１臺ＡＥ直流電源、３臺ＡＥ射頻電源、??１臺離子源以及１臺偏壓電源，離子源主要用于清洗基底和增加反應氣體的離化??率，偏壓電源用于輔助沉積鍍膜，此外各靶座可以通過電源線的調換來實現(xiàn)直流??或射頻濺射；氣體供給系統(tǒng)是通過各閥門和氣體質量流量控制計的開關來工作??的，本設備使用的氣體包括三種，分別為氬氣、氧氣和氮氣，各氣體均通過輸送??管匯聚在腔室下方的混氣室，當相應的截止閥打開時，混合均勻的氣體會進入腔??體，為靶材的濺射提供氣氛環(huán)境。??Ｉ?＂??圖２－１?ＴＳＵ－６５０磁控濺射鍍膜設備??２．２薄膜制備??２．２．１基底的制備與清洗??１１??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]脈沖偏壓對TiAlCN薄膜結構與力學性能的影響[J]. 任鑫,竇春岳,齊鵬濤,趙瑞山.  材料熱處理學報. 2020(03)
[2]退火處理對DLC薄膜結構及摩擦學性能的影響[J]. 王林青,周永濤,王軍軍.  表面技術. 2019(02)
[3]Cr基及其化合物過渡層對TiCN涂層性能的影響[J]. 李方正,王昆侖,趙繼鳳,鄭小燕,辛艷青,楊田林.  中國表面工程. 2017(02)
[4]游離碳對SiC薄膜微觀結構的影響[J]. 金保宏,高禹,王柏臣,陳平.  固體火箭技術. 2014(02)
[5]應力對薄膜結構與性能影響的研究現(xiàn)狀[J]. 冉春華,金義棟,祝聞,聶朝胤.  材料導報. 2013(05)
[6]不銹鋼基Al2O3/SiC雙層薄膜的制備和性能[J]. 武大偉,李合琴,劉丹,劉濤,李金龍.  真空. 2012(01)
[7]預沉積Ge對Si（111）襯底上SSMBE外延生長SiC薄膜的影響[J]. 劉忠良,任鵬,劉金鋒,唐軍,徐彭壽.  物理化學學報. 2008(07)
[8]納米6H-SiC薄膜的等離子體化學氣相沉積及其紫外發(fā)光[J]. 于威,崔雙魁,路萬兵,王春生,傅廣生.  半導體學報. 2006(10)
[9]過濾電弧抑制薄膜中顆粒機理的實驗分析[J]. 李成明,孫曉軍,張增毅,唐偉忠,呂反修.  材料科學與工藝. 2004(03)
[10]非晶態(tài)和納米晶碳化硅薄膜的制備及力學性能[J]. 王新華.  真空科學與技術學報. 2004(03)

博士論文
[1]TaC基薄膜的微觀結構、力學性能和摩擦學行為的研究[D]. 杜蘇軒.吉林大學 2018
[2]鹵化物激光化學氣相沉積法快速制備3C-SiC厚膜[D]. 程洪.武漢理工大學 2018
[3]SiC 熱裂解外延石墨烯的可控制備及性能研究[D]. 郝昕.電子科技大學 2013

碩士論文
[1]多弧離子鍍技術制備TiN基納米復合多層膜及其性能研究[D]. 楊波波.山東大學 2019
[2]磁控濺射制備SiAlON/SiC膜及其性能研究[D]. 鄭小燕.山東大學 2018
[3]近紅外區(qū)高透過率ITO/AZO薄膜的制備和性能研究[D]. 趙繼鳳.山東大學 2017
[4]磁控濺射制備具有SiOC過渡層結構的類金剛石薄膜及其結構性能的研究[D]. 馮建.海南大學 2017
[5]磁控濺射制備SiC薄膜及其電阻溫度特性研究[D]. 姚靖懿.南京航空航天大學 2017
[6]易碳化過渡層對碳基硬質薄膜結構和性能的影響[D]. 趙希安.中國地質大學(北京) 2015
[7]磁控濺射沉積系統(tǒng)設計及SiC-A1薄膜的摩擦特性研究[D]. 晁云峰.鄭州大學 2015
[8]單晶SiC集群磁流變研磨加工工藝實驗研究[D]. 劉其.廣東工業(yè)大學 2014
[9]SiC過渡層制備溫度對SiC/F-DLC復合薄膜血液相容性的影響[D]. 佘清.蘇州大學 2014
[10]SiC多層薄膜的制備及其性能研究[D]. 李輝.合肥工業(yè)大學 2013



本文編號：3575975