碳氮基納米復(fù)合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì).pdf

1、碳氮薄膜以其良好的力學(xué)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，在磁盤磁頭保護、硬質(zhì)刀具、冷陰極發(fā)射、空間防護等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，納米級鐵磁性金屬顆粒薄膜體系、超硬納米級多層膜體系是凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。碳氮薄膜具有導(dǎo)電性可控以及高硬度等特點，嘗試在這些復(fù)合體系中使用碳氮材料具有重要意義。 本論文采用對向靶磁控濺射法制備了碳氮薄膜、過渡族金屬（Ni、Fe、Co、Cu、Ti）-碳氮基納米顆粒薄膜以及氮化鈦/碳氮（TiN/CN）多

2、層膜，對它們的化學(xué)成份、微觀結(jié)構(gòu)、磁性質(zhì)、電輸運特性和力學(xué)性質(zhì)進行了系統(tǒng)研究。 通過對純碳氮薄膜的研究，發(fā)現(xiàn)薄膜中的氮含量并不隨氮氣分壓的升高而增大，而是在氮氣分壓為20％時達到飽和（33％）。純碳膜主要由sp3雜化的C原子組成，隨著氮氣分壓的升高，碳氮薄膜中sp2雜化的C原子數(shù)目增加，類石墨結(jié)構(gòu)區(qū)域的尺寸增大，薄膜結(jié)構(gòu)趨于有序化。薄膜中的環(huán)狀sp2層的尺寸始終很小，并且薄膜中存在著大量缺陷。薄膜的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)主要由薄膜中的缺

3、陷態(tài)決定，而薄膜的力學(xué)性質(zhì)則與薄膜中sp3 C的含量密切相關(guān)。 在室溫下采用共濺射法制備了系列過渡族金屬-碳氮基納米顆粒薄膜。在磁性金屬（Fe、Co、Ni）-碳氮基納米顆粒薄膜中觀察到了自旋相關(guān)的低溫磁電阻顯著增強現(xiàn)象，磁電阻在3K和90 kOe的磁場下可以達到-59％。在外加磁場由0增大至90 kOe的過程中，薄膜的磁電阻一直增大，出現(xiàn)弱飽和現(xiàn)象；當(dāng)溫度高于20 K后，薄膜的磁電阻都接近于0；而當(dāng)溫度低于20 K時，磁電阻隨溫

4、度的降低而急劇增大，并遵循log｜MR｜∝-T關(guān)系。通過改變碳氮母體的絕緣性以及磁性金屬含量可以對磁電阻進行調(diào)制，而磁電阻隨磁場和溫度的變化關(guān)系并不改變?；诟唠A隧穿模型，考慮新的自旋極化率隨溫度的變化關(guān)系P= P0 exp（-βTα），我們解明了低溫磁電阻增強現(xiàn)象的物理機制。 在TiN/CN多層膜中觀察到“超硬度現(xiàn)象”。多層膜的硬度隨著氮化鈦層的結(jié)晶而大幅度提高，這說明非晶態(tài)和晶態(tài)薄膜的形變過程不同，只有當(dāng)多層膜的晶態(tài)物質(zhì)占一