反应溅射法生长YO x N y 薄膜的性能及红外光学应用研究
发布时间：2021-08-18 12:33
多光谱硫化锌能够实现近红外至长红外的光学透过,是飞行器红外窗口基底的首选材料。但是硫化锌质地较软,脆性大,当飞行器高速飞行时,在使役环境大气中,红外窗口会受到来自砂石、雨滴等的冲击损伤,故必须涂覆增透保护膜。并且,传统薄膜材料的硬度已无法满足要求,故必须研制超硬增透保护薄膜材料。过渡族金属氮化物（T（transition）M（metal）N（nitrides）x）薄膜由于具有类似的高硬度、良好的热稳定性、良好的扩散阻挡性、抗氧化性、耐磨损和耐腐蚀等优异的光学和力学性质而受到了广泛的关注。但由于金属元素与氮元素较强的结合力,使薄膜在硬度提高的同时损失了红外透过性能。考虑到金属氧化物在红外增透方面良好的性能,故在氮化物薄膜中加入氧元素。本文采用射频反应磁控溅射方法,分别以石英片和硅片为衬底,研究制备参数中温度对氮化钇薄膜性能的影响,氧气流量对氮氧化钇薄膜性能的影响。并采用探针式轮廓仪、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、椭偏仪（SE）、紫外可见光分光光度计、纳米压痕等测试手段对薄膜的结构、光学特征、力学特征等进行了测试分析。根据...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳光在海平面大气对红外光的透射光谱
1.3 过渡族金属1.3.1 过渡族金属氮化物及其研究现状过渡族金属氮化物（T（transition）M（metal）N（nitrides）x）薄膜，具有众多类似的优异性质，如导电性高[28,29]、体电阻率低[30]、高温稳定、热导率高[31]、力学性能好[32]、耐磨损、耐腐蚀和抗氧化[33,34]。由于过渡族金属氮化物这些优异的光学和力学性能，受到了广泛的关注和研究。在微电子器件、切削工具、航空航天、生物医学、半导体工业、涂层材料、耐磨部件、汽车行业[35]等领域均具有广泛的应用。高硬度、耐磨损特性使其作为高效刀具的涂层；耐腐蚀和高温稳定性使其应用在发动机叶片的抗腐蚀氧化涂层[36]；热稳定性使其应用在高温下的电阻温度传感器；它的高导电性，抗氧化性及高熔点使其应用在场发射阴极管上[37]。钇作为第三副族的金属元素，氮化钇有立方和六方两种不同的晶态结构，图 1-2 为氮化钇的两种晶态结构[38]。
1 实验原理及实验装置.1 磁控溅射实验原理磁控溅射[59]是指电子在电场 E 的作用下飞向靶材，并且在这个过程中与的氩原子发生碰撞，电离出一个Ar＋和一个电子。产生的Ar＋以高能量轰击靶材表面被轰击出靶材原子或分子，并溅射至基片上沉积形成薄膜。图 2-1 为射靶材表面的磁场示意图[60]，电离产生的二次电子，在电场和磁场的同时，会向 E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移，简称 E×B 漂移。电子被束缚在靶动，其运动轨迹成摆线，这些被束缚的电子会继续碰撞氩原子，进而会有大被电离出来轰击靶材，故磁控溅射具有沉积速率高的特点。在一次次和氩撞的过程中，电子的能量逐渐被消耗，会逐步远离靶材。这些能量被耗尽的在电场 E 的作用下到达基片。由于这些电子在反复碰撞靶材的过程中能量，故传递给基片的能量很小，基片温升较低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]InAlN薄膜的变温椭圆偏振光谱研究[J]. 梁远兰,林涛,杨庆怡,万玲玉,冯哲川. 广西大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]氮化物弥散强化铁基合金的显微组织和力学性能研究[J]. 郭旸,刘祖铭,苏鹏飞,麻梦梅,段然曦,王帅. 粉末冶金技术. 2016(05)
[3]红外增透薄膜的研究进展[J]. 何远东,张伟才,闫萍,杨洪星. 节能技术. 2016(02)
[4]氮氧化铪薄膜力学与光学特性研究[J]. 董茂进,王多书,熊玉卿,王济洲,李晨,张玲. 真空科学与技术学报. 2014(09)
[5]高超音速中波红外窗口材料思考[J]. 潘枝峰,毛小建,张红刚,李晓凯,冯明辉,张龙. 激光与光电子学进展. 2014(09)
[6]红外窗口和整流罩材料的发展和应用[J]. 谢启明,李奕威,潘顺臣. 红外技术. 2012(10)
[7]Studies on SiO2 Used for Antireflective and Protective Film[J]. Wang Jizhou,Wang Duoshu,Xiong Yuqing,Chen Tao Science and Technology on Surface Engineering Laboratory,Lanzhou Institute of Physics,Lanzhou 730000,China. 稀有金属材料与工程. 2011(S4)
[8]磁控溅射技术及其发展[J]. 李芬,朱颖,李刘合,卢求元,朱剑豪. 真空电子技术. 2011(03)
[9]ZnS上HfON保护膜及增透膜系的制备和性能研究[J]. 刘伟,张树玉,闫兰琴,袁果,刘嘉禾,黎建明,杨海,苏小平,余怀之. 激光与红外. 2009(05)
[10]长波红外光学材料的研究进展[J]. 杨培志,刘黎明,张小文,莫镜辉. 无机材料学报. 2008(04)
博士论文
[1]氧化钇薄膜反应溅射法生长、性能及红外光学应用研究[D]. 雷沛.哈尔滨工业大学 2016
[2]红外透明导电氧化物薄膜的制备及光电性能研究[D]. 杨磊.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]深紫外氮化物材料的光学性质研究[D]. 林书玉.广西大学 2018
[2]Mg-C-O-H薄膜的制备及性能研究[D]. 郭帅.哈尔滨工业大学 2016
[3]磁控溅射制备氧化钇掺杂铁薄膜及真空退火对其影响研究[D]. 余晓毅.清华大学 2010
[4]红外窗口用蓝宝石晶体Y2O3/SiO2增透薄膜的设计与制备研究[D]. 吴智雄.哈尔滨工业大学 2009
[5]射频磁控反应溅射法制备HfO2薄膜的研究[D]. 许宁.西北工业大学 2007
[6]改善蓝宝石高温强度和透过率的镀膜技术研究[D]. 李强.西北工业大学 2006
[7]金刚石衬底上红外增透及抗氧化膜系的制备与性能研究[D]. 巨志高.西北工业大学 2005
本文编号：3349895
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳光在海平面大气对红外光的透射光谱
1.3 过渡族金属1.3.1 过渡族金属氮化物及其研究现状过渡族金属氮化物（T（transition）M（metal）N（nitrides）x）薄膜，具有众多类似的优异性质，如导电性高[28,29]、体电阻率低[30]、高温稳定、热导率高[31]、力学性能好[32]、耐磨损、耐腐蚀和抗氧化[33,34]。由于过渡族金属氮化物这些优异的光学和力学性能，受到了广泛的关注和研究。在微电子器件、切削工具、航空航天、生物医学、半导体工业、涂层材料、耐磨部件、汽车行业[35]等领域均具有广泛的应用。高硬度、耐磨损特性使其作为高效刀具的涂层；耐腐蚀和高温稳定性使其应用在发动机叶片的抗腐蚀氧化涂层[36]；热稳定性使其应用在高温下的电阻温度传感器；它的高导电性，抗氧化性及高熔点使其应用在场发射阴极管上[37]。钇作为第三副族的金属元素，氮化钇有立方和六方两种不同的晶态结构，图 1-2 为氮化钇的两种晶态结构[38]。
1 实验原理及实验装置.1 磁控溅射实验原理磁控溅射[59]是指电子在电场 E 的作用下飞向靶材，并且在这个过程中与的氩原子发生碰撞，电离出一个Ar＋和一个电子。产生的Ar＋以高能量轰击靶材表面被轰击出靶材原子或分子，并溅射至基片上沉积形成薄膜。图 2-1 为射靶材表面的磁场示意图[60]，电离产生的二次电子，在电场和磁场的同时，会向 E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移，简称 E×B 漂移。电子被束缚在靶动，其运动轨迹成摆线，这些被束缚的电子会继续碰撞氩原子，进而会有大被电离出来轰击靶材，故磁控溅射具有沉积速率高的特点。在一次次和氩撞的过程中，电子的能量逐渐被消耗，会逐步远离靶材。这些能量被耗尽的在电场 E 的作用下到达基片。由于这些电子在反复碰撞靶材的过程中能量，故传递给基片的能量很小，基片温升较低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]InAlN薄膜的变温椭圆偏振光谱研究[J]. 梁远兰,林涛,杨庆怡,万玲玉,冯哲川. 广西大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]氮化物弥散强化铁基合金的显微组织和力学性能研究[J]. 郭旸,刘祖铭,苏鹏飞,麻梦梅,段然曦,王帅. 粉末冶金技术. 2016(05)
[3]红外增透薄膜的研究进展[J]. 何远东,张伟才,闫萍,杨洪星. 节能技术. 2016(02)
[4]氮氧化铪薄膜力学与光学特性研究[J]. 董茂进,王多书,熊玉卿,王济洲,李晨,张玲. 真空科学与技术学报. 2014(09)
[5]高超音速中波红外窗口材料思考[J]. 潘枝峰,毛小建,张红刚,李晓凯,冯明辉,张龙. 激光与光电子学进展. 2014(09)
[6]红外窗口和整流罩材料的发展和应用[J]. 谢启明,李奕威,潘顺臣. 红外技术. 2012(10)
[7]Studies on SiO2 Used for Antireflective and Protective Film[J]. Wang Jizhou,Wang Duoshu,Xiong Yuqing,Chen Tao Science and Technology on Surface Engineering Laboratory,Lanzhou Institute of Physics,Lanzhou 730000,China. 稀有金属材料与工程. 2011(S4)
[8]磁控溅射技术及其发展[J]. 李芬,朱颖,李刘合,卢求元,朱剑豪. 真空电子技术. 2011(03)
[9]ZnS上HfON保护膜及增透膜系的制备和性能研究[J]. 刘伟,张树玉,闫兰琴,袁果,刘嘉禾,黎建明,杨海,苏小平,余怀之. 激光与红外. 2009(05)
[10]长波红外光学材料的研究进展[J]. 杨培志,刘黎明,张小文,莫镜辉. 无机材料学报. 2008(04)
博士论文
[1]氧化钇薄膜反应溅射法生长、性能及红外光学应用研究[D]. 雷沛.哈尔滨工业大学 2016
[2]红外透明导电氧化物薄膜的制备及光电性能研究[D]. 杨磊.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]深紫外氮化物材料的光学性质研究[D]. 林书玉.广西大学 2018
[2]Mg-C-O-H薄膜的制备及性能研究[D]. 郭帅.哈尔滨工业大学 2016
[3]磁控溅射制备氧化钇掺杂铁薄膜及真空退火对其影响研究[D]. 余晓毅.清华大学 2010
[4]红外窗口用蓝宝石晶体Y2O3/SiO2增透薄膜的设计与制备研究[D]. 吴智雄.哈尔滨工业大学 2009
[5]射频磁控反应溅射法制备HfO2薄膜的研究[D]. 许宁.西北工业大学 2007
[6]改善蓝宝石高温强度和透过率的镀膜技术研究[D]. 李强.西北工业大学 2006
[7]金刚石衬底上红外增透及抗氧化膜系的制备与性能研究[D]. 巨志高.西北工业大学 2005
本文编号：3349895
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