反應(yīng)磁控濺射金屬-TiN多層膜及金屬摻雜TiN薄膜的制備與特性.pdf

1、TiN薄膜具有優(yōu)異的機(jī)械性能、低電阻率、較佳的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性以及優(yōu)異的光學(xué)特性,已被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,如工具鋼涂層、建筑物的裝飾材料摻雜、半導(dǎo)體設(shè)備中的擴(kuò)散勢壘層以及平板顯示器等。但是以現(xiàn)有各種技術(shù)制備TiN薄膜已很難進(jìn)一步改善其性能。因此,TiN多層膜或金屬摻雜TiN薄膜的制備研究,對進(jìn)一步改善TiN薄膜的性能具有重要的意義。
　　磁控濺射方法由于設(shè)備簡單、易于控制且重復(fù)性好,不失為制備TiN薄膜的最佳方法之一。本文首先利用

2、直流反應(yīng)磁控濺射方法,在Si（100）襯底上制備了TiN薄膜,通過改變沉積參數(shù)得到了最佳的TiN薄膜樣品。通過X射線衍射（XRD）分析可知,TiN薄膜的擇優(yōu)取向?yàn)椋?11）方向；Raman光譜分析表明薄膜晶粒較大,結(jié)晶性強(qiáng)；分析掃描電子顯微鏡（SEM）圖可知,薄膜表面結(jié)構(gòu)致密,且晶粒呈棱錐形態(tài),平均晶粒大小約為80-180 nm；進(jìn)一步通過納米顯微壓痕儀和紫外-可見光-近紅外分光光度計(jì)研究TiN薄膜的機(jī)械性能和光學(xué)特性,發(fā)現(xiàn)其硬度約為6

3、.9 GPa,而彈性模量約為149.2 GPa；在波長為1200 nm,其反射率可達(dá)到84.4％。通過對Si襯底上制備TiN薄膜的實(shí)驗(yàn)參數(shù)分析,可知濺射電流對TiN薄膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)有較大影響。
　　其次,利用直流磁控濺射法在Si(100)襯底上先沉積了金屬Ti、Al和Zn膜作為緩沖層,然后通過改變?yōu)R射電流在Ti、Al和Zn緩沖層上制備了TiN薄膜。利用上述表征手段分析了TiN多層膜的的結(jié)構(gòu)、表面形貌、機(jī)械性能和光學(xué)特性。與在Si襯底

4、上制備的TiN薄膜比較而言,在Al緩沖層上制備的TiN薄膜仍具有（111）方向的擇優(yōu)取向,結(jié)晶性也沒有太大變化,但晶粒變大,其硬度和彈性模量均下降,在波長為1200 nm處的反射率也呈下降趨勢；在Ti緩沖層制備的TiN薄膜也具有（111）方向的擇優(yōu)取向,但結(jié)晶性變好且晶粒變大,而機(jī)械性能和光學(xué)特性均呈下降趨勢；在Zn緩沖層上制備的TiN薄膜具有（200）方向的擇優(yōu)取向,且結(jié)晶性變好,但Zn緩沖層和TiN薄膜均為絲絮狀,因此機(jī)械性能和光學(xué)

5、特性均呈明顯下降趨勢。
　　最后，利用磁控濺射法在Si(100)襯底上沉積Al摻雜TiN薄膜。XRD分析顯示隨著電流的增加,h-AlN（100）方向衍射峰的峰值強(qiáng)度逐漸減弱直至消失。而當(dāng)電流為0.4 A時(shí),出現(xiàn)了TiAlN（200）方向的衍射峰,衍射峰強(qiáng)度隨著電流增加只是略微增強(qiáng)。以濺射電流為0.4 A的樣品為對象進(jìn)行分析,Raman光譜分析薄膜的結(jié)晶性很好。通過裝有能量分散X射線分析儀（EDX）的SEM分析薄膜,其中Al含量約為