沉積粒子能量對Ti-TiN薄膜生長和性能的影響.pdf

1、載能粒子沉積技術(shù)是一種通過整體或部分提高沉積粒子能量來改善薄膜宏觀性能的有效手段。本論文針對鈾鈦合金的腐蝕防護(hù)問題，從理論和實驗兩個部分開展了沉積粒子能量對Ti/TiN薄膜生長和性能的影響研究。
　　負(fù)偏壓的形式和峰值是影響薄膜質(zhì)量和使用性能的兩個重要因素，首先采用分子動力學(xué)研究了偏壓形式和峰值對薄膜形核生長、界面狀態(tài)和基體沉積溫度的影響。偏壓峰值的增加可以提高沉積粒子的入射能量，隨著沉積粒子入射能量的升高，基體表面形核點的數(shù)目增

2、加、分布范圍擴(kuò)大，有助于促進(jìn)晶粒的細(xì)化和薄膜的層狀生長，但過高的入射能量會使沉積粒子對基體表面原子的濺射效應(yīng)和膜層的破壞作用增強(qiáng)，從而降低薄膜的致密性和沉積速率。沉積粒子能量的增加還可以強(qiáng)化外延生長島和基體表面層的相互作用，降低界面應(yīng)力，提高膜基結(jié)合力。偏壓形式可以影響基體的沉積溫度，脈沖偏壓相對于直流偏壓峰值一般要大，通過調(diào)節(jié)“占空比”可以控制沉積粒子與基體表面相互作用的時間，既保證了級聯(lián)體微區(qū)的高溫高壓，又使基體的整體溫度保持在較低

3、的水平，從而促進(jìn)了薄膜晶粒的細(xì)化和膜基界面應(yīng)力的松弛或消除。
　　在對偏壓形式和峰值對薄膜質(zhì)量和使用性能影響的理論分析基礎(chǔ)上，考慮到偏壓峰值大小作用的利弊，結(jié)合相關(guān)實驗研究結(jié)果，選定了峰值范圍為-400-800V范圍內(nèi)的脈沖負(fù)偏壓，使用多弧和磁控復(fù)合離子鍍與單一磁控濺射離子鍍在鈾鈦合金基體上開展了Ti/TiN薄膜的制備研究，采用SEM、XRD、AFM、摩擦磨損、電化學(xué)腐蝕等分析手段對薄膜的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。
　　研究結(jié)果

4、表明，多弧和磁控復(fù)合離子鍍相比于單一磁控濺射離子鍍，雖然增加了薄膜的表面粗糙度和晶粒尺寸，但通過對偏壓的優(yōu)化組合，獲得了抗Cl-腐蝕性能更優(yōu)的Ti/TiN薄膜;多弧和磁控復(fù)合離子鍍中，脈沖偏壓峰值的大小能影響薄膜的平均晶粒尺寸和微觀應(yīng)變。當(dāng)多弧沉積過程的偏壓為-500V時，隨著磁控沉積過程偏壓的升高，薄膜的摩擦磨損和抗Cl-腐蝕性能降低;當(dāng)多弧沉積過程的偏壓為-800V時，隨著磁控沉積過程偏壓的升高，薄膜的摩擦磨損性能提高，抗Cl-腐蝕