本文關(guān)鍵詞：高功率脈沖磁控濺射TiN薄膜性能調(diào)控　出處：《西南交通大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：高功率脈沖磁控濺射技術(shù)(HPPMS)制備的氮化鈦(TiN)薄膜具有硬度高、薄膜致密、膜基結(jié)合強等一系列優(yōu)異性能,但卻存在殘余應(yīng)力大、沉積速率低、薄膜韌性差這三點不足,限制了其應(yīng)用的范圍。為了降低HPPMS制備氮化鈦(TiN)薄膜的內(nèi)應(yīng)力、提高沉積速率及薄膜韌性,本文設(shè)計通過控制濺射氣壓調(diào)控離子能量,降低薄膜內(nèi)應(yīng)力;通過調(diào)整濺射靶磁場提高到達基片的靶材粒子數(shù)目,提高薄膜沉積速率;進一步利用TiN多層薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)計提高薄膜韌性。本文采用HPPMS技術(shù),在不同濺射氣壓(0.2 Pa、1.0 Pa和2.0 Pa)和靶面磁場強度(40 mT和115 mT)下反應(yīng)濺射沉積TiN薄膜。利用原子發(fā)射光譜和自制的離子能量檢測裝置分別研究了 TiN薄膜沉積過程中等離子體組分和離子能量,并對所制備的薄膜的殘余應(yīng)力、沉積速率、力學(xué)性能等進行評價。為了解決TiN薄膜韌性不足問題,本文在40 mT靶面磁場強度下,利用交替變化濺射氣壓(0.2 Pa,2.0 Pa)的方式,實現(xiàn)了不同應(yīng)力、硬度的TiN薄膜交替沉積,制備了 TiN多層薄膜,研究了薄膜韌性。研究結(jié)果表明,隨著濺射氣壓增大(0.2 Pa增至2.0 Pa),到達基片的離子能量減小,制備的TiN薄膜殘余應(yīng)力顯著降低(當(dāng)靶面磁場為40 mT時,應(yīng)力從8.5 GPa降為0.8 GPa),膜基結(jié)合力顯著增大。降低靶面磁場強度(115 mT降為40 mT),可以有效地減弱靶磁場對靶材離子的束縛和反吸收程度,使基片前靶材離子/原子比值可以提高三倍,沉積速率最大可以提高5.5倍,TiN薄膜(111)擇優(yōu)取向程度、硬度和膜基結(jié)合力均得到顯著提高。低靶面磁場強度和高濺射氣壓(40 mT和2.0 Pa)下HPPMS制備的TiN薄膜具有低殘余應(yīng)力、高沉積速率、高的硬度和膜基結(jié)合力。與單層TiN薄膜相比,利用交替變化濺射氣壓來制備TiN多層膜的設(shè)計方式可以顯著地提高薄膜的韌性。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ134.11;TB383.2

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本文編號：1308376