磁控溅射法制备氧化钬及润湿性研究
发布时间：2021-04-10 21:02
具有独特电子结构的稀土金属氧化物一直是催化剂,高介电常数栅极氧化物,激光掺杂剂和磁光记忆等应用方面的潜在候选材料。自然界中的氧化钬（Ho2O3）存在于硅铍钇矿、磷铈镧矿和其他稀土矿中。在此之前,人们一直关注的是Ho2O3优异的光学、电学性质而忽略了Ho2O3疏水性能及其他综合性能的研究。本文采用掠射角射频磁控溅射方法制备了不同沉积条件下的Ho2O3薄膜,利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）分别对薄膜的结构、形貌及化学组分进行研究,使用接触角测量仪、纳米压痕仪、摩擦仪分别对薄膜进行润湿性能测试与力学性能测试。选取一组不同基底偏压的样品进行1000℃高温退火处理,探究薄膜在严酷的高温环境下其润湿性与力学性能的稳定性,主要研究内容如下:（1）溅射功率对Ho2O3薄膜形貌、结构、润湿性能和力学性能的影响。随着溅射功率的增加,薄膜由非晶态转变为晶态,表面粗糙度不断增大。当溅射功率...
【文章来源】：长春大学吉林省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁控溅射原理图
10模型仍存在着一些争议[46-48]，但是所描述的润湿状态已经被人们广为接受。Wenzel和Cassie理论已成为目前用于解释相关超疏水表面实验结果[49-53]最为经典的理论。2.2磁控溅射沉积薄膜的原理图2-1磁控溅射原理图根据磁控溅射的离子源不同，将磁控溅射进行以下分类[54]：交流反映磁控溅射，脉冲磁控溅射，射频磁控溅射，直流反映磁控溅射，微波等离子体增强磁控溅射等。本文主要采用磁控溅射设备制备薄膜，其溅射基本原理如图2-1所示，在外加电场力作用下，电子会产生较大的加速度，然后迅速飞到衬底上，在此过程中不可避免地会与氩气源发生碰撞。电子与氩气分子碰撞作用后产生氩正离子和新的电子。在电场作用下，产生的新电子会直接飞向基片，氩正离子则飞向阴极靶材，进而撞击靶材，靶材开始溅射并沉积在基片上最终形成所需薄膜。图2-2掠射角溅射法制备Ho2O3薄膜原理图[55]
11简单来说，磁控溅射制备薄膜的过程就是靶材与入射粒子不断相互碰撞的过程，但这种碰撞不是一次即止的，而是连级反应。首先，当入射粒子与靶材相互碰撞时，一些动量将被转移到靶材原子，被动量传送的靶材原子再与其余原子发生碰撞，经以上一系列过程后表面邻近的少量原子就会因得到充足的能量，溅射出来，随之脱离靶材。2.3掠射角磁控溅射沉积纳米结构Ho2O3薄膜掠射角沉积术（见图2-2）是由气相中的原子和分子组成的沉积通量以一定的倾斜角度撞击在基底上，沉积出具有不同形貌的纳米级Ho2O3薄膜。大量的研究结果[56-63]表明，通过掠射角溅射方法可以获得一些具有特殊形貌如“之”字状、菜花状、山丘状、金字塔状、纳米台阶状的样品表面，还可以制备出如纳米棒、纳米线、纳米管、纳米弹簧等等特殊形貌的金属和陶瓷薄膜。目前的研究表明，主要有以下三个因素影响掠射角溅射制备薄膜的过程[64]：其一是阴影效应，阴影效应可以控制沉积到基板上的粒子区域，进而控制薄膜的生长模式；其二是表面扩散，表面扩散的强弱决定了入射粒子在薄膜表面、晶界及衬底的移动情况的好与坏；其三是体扩散，体扩散作用影响所制备Ho2O3薄膜的结晶程度，进一步影响成膜质量，但在以上三种作用机制中，在纳米结构薄膜的生长中起主要作用的仍旧是阴影效应。与普通沉积薄膜方法相比，掠射角溅射法使入射粒子流呈一定的入射角入射到基板上，进而实现薄膜的表面形貌与结构的控制。2.4薄膜制备图2-3JGP-560b型磁控溅射沉积仪器
【参考文献】：
期刊论文
[1]基体偏压对磁控溅射制备CrAlN薄膜摩擦学性能的影响[J]. 王建伟,薛玉君,蔡海潮,杜三明. 工具技术. 2019(06)
[2]后退火对射频磁控溅射法制备Mg掺杂Ga2O3薄膜性质的影响[J]. 李如永,段苹,崔敏,王吉有,原安娟,邓金祥. 真空. 2019(03)
[3]退火温度对氧化铬薄膜结构和高温摩擦学性能的影响[J]. 刘晓红,卢小伟,何乃如,吉利,李红轩,周惠娣,陈建敏. 摩擦学学报. 2019(02)
[4]Genesis of nanocrystalline Ho2O3 via thermal decomposition of holmium acetate: Structure evolution and electrical conductivity properties[J]. Bahaa M.Abu-Zied,Abdullah M.Asiri. Journal of Rare Earths. 2019(02)
[5]溅射功率对直流磁控溅射TiO2薄膜光学性能的影响[J]. 史新伟,马群超,李杏瑞,姚宁,王晓. 河南科技大学学报(自然科学版). 2018(06)
[6]基体偏压对直流非平衡磁控溅射氮化硅薄膜生长特性的影响[J]. 石志锋,郑志雯,宁成云,王迎军. 电镀与涂饰. 2018(13)
[7]X射线光电子能谱分析（XPS）表征技术研究及其应用[J]. 陈兰花,盛道鹏. 教育现代化. 2018(01)
[8]沉积温度对直流磁控溅射TiN薄膜结构和表面形貌的影响[J]. 肖畅飞,邹树梁,唐德文,李奎江,刘昌福. 南华大学学报(自然科学版). 2017(04)
[9]磁控溅射制备聚四氟乙烯低温超疏水薄膜[J]. 邵晶晶,任芝龙,杨雅伦,肖永宝,袁媛,黄佳木. 真空科学与技术学报. 2017(02)
[10]阴极弧离子镀制备AlCrN涂层的高温摩擦磨损行为[J]. 孔德军,付贵忠,王文昌,郭皓元,张垒,叶存冬. 真空科学与技术学报. 2014(07)
博士论文
[1]PVD氮化物涂层的高温摩擦磨损特性及机理研究[D]. 刘爱华.山东大学 2012
[2]倾斜式生长微纳结构薄膜及在场致发光器件中的应用[D]. 卢丽芳.北京交通大学 2012
硕士论文
[1]溶剂和添加剂对二氧化钛薄膜微观结构和性能的影响[D]. 缪映红.浙江大学 2006
本文编号：3130334
【文章来源】：长春大学吉林省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁控溅射原理图
10模型仍存在着一些争议[46-48]，但是所描述的润湿状态已经被人们广为接受。Wenzel和Cassie理论已成为目前用于解释相关超疏水表面实验结果[49-53]最为经典的理论。2.2磁控溅射沉积薄膜的原理图2-1磁控溅射原理图根据磁控溅射的离子源不同，将磁控溅射进行以下分类[54]：交流反映磁控溅射，脉冲磁控溅射，射频磁控溅射，直流反映磁控溅射，微波等离子体增强磁控溅射等。本文主要采用磁控溅射设备制备薄膜，其溅射基本原理如图2-1所示，在外加电场力作用下，电子会产生较大的加速度，然后迅速飞到衬底上，在此过程中不可避免地会与氩气源发生碰撞。电子与氩气分子碰撞作用后产生氩正离子和新的电子。在电场作用下，产生的新电子会直接飞向基片，氩正离子则飞向阴极靶材，进而撞击靶材，靶材开始溅射并沉积在基片上最终形成所需薄膜。图2-2掠射角溅射法制备Ho2O3薄膜原理图[55]
11简单来说，磁控溅射制备薄膜的过程就是靶材与入射粒子不断相互碰撞的过程，但这种碰撞不是一次即止的，而是连级反应。首先，当入射粒子与靶材相互碰撞时，一些动量将被转移到靶材原子，被动量传送的靶材原子再与其余原子发生碰撞，经以上一系列过程后表面邻近的少量原子就会因得到充足的能量，溅射出来，随之脱离靶材。2.3掠射角磁控溅射沉积纳米结构Ho2O3薄膜掠射角沉积术（见图2-2）是由气相中的原子和分子组成的沉积通量以一定的倾斜角度撞击在基底上，沉积出具有不同形貌的纳米级Ho2O3薄膜。大量的研究结果[56-63]表明，通过掠射角溅射方法可以获得一些具有特殊形貌如“之”字状、菜花状、山丘状、金字塔状、纳米台阶状的样品表面，还可以制备出如纳米棒、纳米线、纳米管、纳米弹簧等等特殊形貌的金属和陶瓷薄膜。目前的研究表明，主要有以下三个因素影响掠射角溅射制备薄膜的过程[64]：其一是阴影效应，阴影效应可以控制沉积到基板上的粒子区域，进而控制薄膜的生长模式；其二是表面扩散，表面扩散的强弱决定了入射粒子在薄膜表面、晶界及衬底的移动情况的好与坏；其三是体扩散，体扩散作用影响所制备Ho2O3薄膜的结晶程度，进一步影响成膜质量，但在以上三种作用机制中，在纳米结构薄膜的生长中起主要作用的仍旧是阴影效应。与普通沉积薄膜方法相比，掠射角溅射法使入射粒子流呈一定的入射角入射到基板上，进而实现薄膜的表面形貌与结构的控制。2.4薄膜制备图2-3JGP-560b型磁控溅射沉积仪器
【参考文献】：
期刊论文
[1]基体偏压对磁控溅射制备CrAlN薄膜摩擦学性能的影响[J]. 王建伟,薛玉君,蔡海潮,杜三明. 工具技术. 2019(06)
[2]后退火对射频磁控溅射法制备Mg掺杂Ga2O3薄膜性质的影响[J]. 李如永,段苹,崔敏,王吉有,原安娟,邓金祥. 真空. 2019(03)
[3]退火温度对氧化铬薄膜结构和高温摩擦学性能的影响[J]. 刘晓红,卢小伟,何乃如,吉利,李红轩,周惠娣,陈建敏. 摩擦学学报. 2019(02)
[4]Genesis of nanocrystalline Ho2O3 via thermal decomposition of holmium acetate: Structure evolution and electrical conductivity properties[J]. Bahaa M.Abu-Zied,Abdullah M.Asiri. Journal of Rare Earths. 2019(02)
[5]溅射功率对直流磁控溅射TiO2薄膜光学性能的影响[J]. 史新伟,马群超,李杏瑞,姚宁,王晓. 河南科技大学学报(自然科学版). 2018(06)
[6]基体偏压对直流非平衡磁控溅射氮化硅薄膜生长特性的影响[J]. 石志锋,郑志雯,宁成云,王迎军. 电镀与涂饰. 2018(13)
[7]X射线光电子能谱分析（XPS）表征技术研究及其应用[J]. 陈兰花,盛道鹏. 教育现代化. 2018(01)
[8]沉积温度对直流磁控溅射TiN薄膜结构和表面形貌的影响[J]. 肖畅飞,邹树梁,唐德文,李奎江,刘昌福. 南华大学学报(自然科学版). 2017(04)
[9]磁控溅射制备聚四氟乙烯低温超疏水薄膜[J]. 邵晶晶,任芝龙,杨雅伦,肖永宝,袁媛,黄佳木. 真空科学与技术学报. 2017(02)
[10]阴极弧离子镀制备AlCrN涂层的高温摩擦磨损行为[J]. 孔德军,付贵忠,王文昌,郭皓元,张垒,叶存冬. 真空科学与技术学报. 2014(07)
博士论文
[1]PVD氮化物涂层的高温摩擦磨损特性及机理研究[D]. 刘爱华.山东大学 2012
[2]倾斜式生长微纳结构薄膜及在场致发光器件中的应用[D]. 卢丽芳.北京交通大学 2012
硕士论文
[1]溶剂和添加剂对二氧化钛薄膜微观结构和性能的影响[D]. 缪映红.浙江大学 2006
本文编号：3130334
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