退火以及缓冲层对富碳SiC薄膜性能的影响
发布时间：2022-01-08 05:29
SiC薄膜是一种物理、化学性能优良的功能材料,具有良好的热传导率、高硬度以及化学稳定性好等优点,被广泛的应用于核防护、微电子以及器件防护等领域。然而随着现代技术的不断发展,对材料性能的要求也越来越高,传统SiC薄膜在实际的应用中也暴露出多种问题,如:膜基之间粘附性能不佳、具有一定的硬脆性等。这使得SiC薄膜在实际应用过程中常会因为与基底材料性质差异过大,造成膜基之间粘附性能较差,产生薄膜脱落等问题,SiC薄膜在实际的应用过程中还可能会发生脆性断裂,导致薄膜失效。这些问题的存在制约了 SiC薄膜的进一步应用。为解决SiC薄膜存在的问题,提升SiC薄膜的综合性能,本文尝试将过量的C元素掺入SiC薄膜中,以获得富碳SiC薄膜,并研究了退火温度以及缓冲层厚度对富碳SiC薄膜性能的影响,研究结果如下:（1）采用直流磁控溅射技术在沉积有SiAlON缓冲层的基底上制备了富碳SiC薄膜,研究了退火温度对SiC薄膜性能的影响,实验过程中退火区间设置为400℃～700°C,研究发现退火温度的变化未使得SiC薄膜结晶,但可以显著改变SiC膜层中游离C元素的键合状态。随退火温度的逐渐升高,在Si元素的作用下S...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１脉冲直流磁控溅射输出电压波形图??
?山东大学硕士学位论文???出电压波形图，通常认为，脉冲电压的输出波形一般为矩形波，但在实际的使用??过程中，因带电粒子的消失具有一定的驰豫时间，因此，实际的输出波形往往更??趋向于梯形。脉冲直流磁控溅射输出的电压是周期性变化的，低电平的存在可以??使得靶材表面聚集的电荷充分释放，也可以避免靶材温度过高而导致其他衍生问??题，值得一提的是低电平的电压不会小于零。通过对脉冲直流磁控溅射的高电平??和低电平所占时间比例的调节，可以控制靶材在一个周期内濺射的时长，实现溅??射效率的提高。??射频磁控溅射就是在阴极靶材上加上射频电压，带电粒子在阴阳两极之间来??回震荡，这极大地提高了气体的离化效率。同时射频磁控溅射靶材表面的正负电??荷中和方式是采用阳离子和电子对阴极交替轰击来实现的，独特的电荷中和方式??的引入，使得靶材表面不至于积累过多的电荷而导致无法溉射，这也解决了磁控??溅射无法溅射绝缘靶材的问题。由于射频磁控溅射所采用的频率范围一般较大，??一般大于３００ＫＨＺ，需要相应的具有绝缘、屏蔽的网络装置的安装，这对射频磁??控溅射技术的工业化应用产生着不利的影响。??１．３．１．２多弧离子镀技术??樣Ｉ??图１－２多弧离子镀腔内结构示意图??不同于磁控溉射的辉光放电，多弧离子镀的弧光放电方式也决定了其靶面逸??出的粒子具有更高的能量，因此多弧离子镀制备出的薄膜往往很致密。在使用多??弧离子镀制备薄膜时需要在高真空下进行，这是因为弧光放电无法在大气环境下??７??
?山东大学硕士学位论文???第二章薄膜的制备与表征方法??２．１磁控溅射设备??本文使用ＴＳＵ－６５０型磁控溅射镀膜设备，制备富碳ＳｉＣ、Ａ１Ｎ、Ｓｉ〇Ｃ等薄??膜，设备如图２－１所示。该设备配有循环水系统、转架转动系统、真空系统、控??制系统、电源系统以及气体供给系统等，下面将依次介绍各系统的作用。循环水??系统主要是给工作中的分子栗、靶座和腔壁供水，防止各系统因工作温度过高，??导致机器部件损坏；转架转动系统主要作用是将成膜所用的基底精准定位至溅射??的靶材，实现镀膜；真空系统包括两台机械泵和一台分子泵，主要用于腔室真空??的获取；控制系统主要是用于控制整个机器的运行，包括电源的开启、转架的转??动以及溅射气体的获取等；电源系统配有１台ＡＥ直流电源、３台ＡＥ射频电源、??１台离子源以及１台偏压电源，离子源主要用于清洗基底和增加反应气体的离化??率，偏压电源用于辅助沉积镀膜，此外各靶座可以通过电源线的调换来实现直流??或射频溅射；气体供给系统是通过各阀门和气体质量流量控制计的开关来工作??的，本设备使用的气体包括三种，分别为氩气、氧气和氮气，各气体均通过输送??管汇聚在腔室下方的混气室，当相应的截止阀打开时，混合均匀的气体会进入腔??体，为靶材的溅射提供气氛环境。??Ｉ?＂??图２－１?ＴＳＵ－６５０磁控溅射镀膜设备??２．２薄膜制备??２．２．１基底的制备与清洗??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲偏压对TiAlCN薄膜结构与力学性能的影响[J]. 任鑫,窦春岳,齐鹏涛,赵瑞山. 材料热处理学报. 2020(03)
[2]退火处理对DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响[J]. 王林青,周永涛,王军军. 表面技术. 2019(02)
[3]Cr基及其化合物过渡层对TiCN涂层性能的影响[J]. 李方正,王昆仑,赵继凤,郑小燕,辛艳青,杨田林. 中国表面工程. 2017(02)
[4]游离碳对SiC薄膜微观结构的影响[J]. 金保宏,高禹,王柏臣,陈平. 固体火箭技术. 2014(02)
[5]应力对薄膜结构与性能影响的研究现状[J]. 冉春华,金义栋,祝闻,聂朝胤. 材料导报. 2013(05)
[6]不锈钢基Al2O3/SiC双层薄膜的制备和性能[J]. 武大伟,李合琴,刘丹,刘涛,李金龙. 真空. 2012(01)
[7]预沉积Ge对Si（111）衬底上SSMBE外延生长SiC薄膜的影响[J]. 刘忠良,任鹏,刘金锋,唐军,徐彭寿. 物理化学学报. 2008(07)
[8]纳米6H-SiC薄膜的等离子体化学气相沉积及其紫外发光[J]. 于威,崔双魁,路万兵,王春生,傅广生. 半导体学报. 2006(10)
[9]过滤电弧抑制薄膜中颗粒机理的实验分析[J]. 李成明,孙晓军,张增毅,唐伟忠,吕反修. 材料科学与工艺. 2004(03)
[10]非晶态和纳米晶碳化硅薄膜的制备及力学性能[J]. 王新华. 真空科学与技术学报. 2004(03)
博士论文
[1]TaC基薄膜的微观结构、力学性能和摩擦学行为的研究[D]. 杜苏轩.吉林大学 2018
[2]卤化物激光化学气相沉积法快速制备3C-SiC厚膜[D]. 程洪.武汉理工大学 2018
[3]SiC 热裂解外延石墨烯的可控制备及性能研究[D]. 郝昕.电子科技大学 2013
硕士论文
[1]多弧离子镀技术制备TiN基纳米复合多层膜及其性能研究[D]. 杨波波.山东大学 2019
[2]磁控溅射制备SiAlON/SiC膜及其性能研究[D]. 郑小燕.山东大学 2018
[3]近红外区高透过率ITO/AZO薄膜的制备和性能研究[D]. 赵继凤.山东大学 2017
[4]磁控溅射制备具有SiOC过渡层结构的类金刚石薄膜及其结构性能的研究[D]. 冯建.海南大学 2017
[5]磁控溅射制备SiC薄膜及其电阻温度特性研究[D]. 姚靖懿.南京航空航天大学 2017
[6]易碳化过渡层对碳基硬质薄膜结构和性能的影响[D]. 赵希安.中国地质大学(北京) 2015
[7]磁控溅射沉积系统设计及SiC-A1薄膜的摩擦特性研究[D]. 晁云峰.郑州大学 2015
[8]单晶SiC集群磁流变研磨加工工艺实验研究[D]. 刘其.广东工业大学 2014
[9]SiC过渡层制备温度对SiC/F-DLC复合薄膜血液相容性的影响[D]. 佘清.苏州大学 2014
[10]SiC多层薄膜的制备及其性能研究[D]. 李辉.合肥工业大学 2013
本文编号：3575975
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１脉冲直流磁控溅射输出电压波形图??
?山东大学硕士学位论文???出电压波形图，通常认为，脉冲电压的输出波形一般为矩形波，但在实际的使用??过程中，因带电粒子的消失具有一定的驰豫时间，因此，实际的输出波形往往更??趋向于梯形。脉冲直流磁控溅射输出的电压是周期性变化的，低电平的存在可以??使得靶材表面聚集的电荷充分释放，也可以避免靶材温度过高而导致其他衍生问??题，值得一提的是低电平的电压不会小于零。通过对脉冲直流磁控溅射的高电平??和低电平所占时间比例的调节，可以控制靶材在一个周期内濺射的时长，实现溅??射效率的提高。??射频磁控溅射就是在阴极靶材上加上射频电压，带电粒子在阴阳两极之间来??回震荡，这极大地提高了气体的离化效率。同时射频磁控溅射靶材表面的正负电??荷中和方式是采用阳离子和电子对阴极交替轰击来实现的，独特的电荷中和方式??的引入，使得靶材表面不至于积累过多的电荷而导致无法溉射，这也解决了磁控??溅射无法溅射绝缘靶材的问题。由于射频磁控溅射所采用的频率范围一般较大，??一般大于３００ＫＨＺ，需要相应的具有绝缘、屏蔽的网络装置的安装，这对射频磁??控溅射技术的工业化应用产生着不利的影响。??１．３．１．２多弧离子镀技术??樣Ｉ??图１－２多弧离子镀腔内结构示意图??不同于磁控溉射的辉光放电，多弧离子镀的弧光放电方式也决定了其靶面逸??出的粒子具有更高的能量，因此多弧离子镀制备出的薄膜往往很致密。在使用多??弧离子镀制备薄膜时需要在高真空下进行，这是因为弧光放电无法在大气环境下??７??
?山东大学硕士学位论文???第二章薄膜的制备与表征方法??２．１磁控溅射设备??本文使用ＴＳＵ－６５０型磁控溅射镀膜设备，制备富碳ＳｉＣ、Ａ１Ｎ、Ｓｉ〇Ｃ等薄??膜，设备如图２－１所示。该设备配有循环水系统、转架转动系统、真空系统、控??制系统、电源系统以及气体供给系统等，下面将依次介绍各系统的作用。循环水??系统主要是给工作中的分子栗、靶座和腔壁供水，防止各系统因工作温度过高，??导致机器部件损坏；转架转动系统主要作用是将成膜所用的基底精准定位至溅射??的靶材，实现镀膜；真空系统包括两台机械泵和一台分子泵，主要用于腔室真空??的获取；控制系统主要是用于控制整个机器的运行，包括电源的开启、转架的转??动以及溅射气体的获取等；电源系统配有１台ＡＥ直流电源、３台ＡＥ射频电源、??１台离子源以及１台偏压电源，离子源主要用于清洗基底和增加反应气体的离化??率，偏压电源用于辅助沉积镀膜，此外各靶座可以通过电源线的调换来实现直流??或射频溅射；气体供给系统是通过各阀门和气体质量流量控制计的开关来工作??的，本设备使用的气体包括三种，分别为氩气、氧气和氮气，各气体均通过输送??管汇聚在腔室下方的混气室，当相应的截止阀打开时，混合均匀的气体会进入腔??体，为靶材的溅射提供气氛环境。??Ｉ?＂??图２－１?ＴＳＵ－６５０磁控溅射镀膜设备??２．２薄膜制备??２．２．１基底的制备与清洗??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲偏压对TiAlCN薄膜结构与力学性能的影响[J]. 任鑫,窦春岳,齐鹏涛,赵瑞山. 材料热处理学报. 2020(03)
[2]退火处理对DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响[J]. 王林青,周永涛,王军军. 表面技术. 2019(02)
[3]Cr基及其化合物过渡层对TiCN涂层性能的影响[J]. 李方正,王昆仑,赵继凤,郑小燕,辛艳青,杨田林. 中国表面工程. 2017(02)
[4]游离碳对SiC薄膜微观结构的影响[J]. 金保宏,高禹,王柏臣,陈平. 固体火箭技术. 2014(02)
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[6]不锈钢基Al2O3/SiC双层薄膜的制备和性能[J]. 武大伟,李合琴,刘丹,刘涛,李金龙. 真空. 2012(01)
[7]预沉积Ge对Si（111）衬底上SSMBE外延生长SiC薄膜的影响[J]. 刘忠良,任鹏,刘金锋,唐军,徐彭寿. 物理化学学报. 2008(07)
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[9]过滤电弧抑制薄膜中颗粒机理的实验分析[J]. 李成明,孙晓军,张增毅,唐伟忠,吕反修. 材料科学与工艺. 2004(03)
[10]非晶态和纳米晶碳化硅薄膜的制备及力学性能[J]. 王新华. 真空科学与技术学报. 2004(03)
博士论文
[1]TaC基薄膜的微观结构、力学性能和摩擦学行为的研究[D]. 杜苏轩.吉林大学 2018
[2]卤化物激光化学气相沉积法快速制备3C-SiC厚膜[D]. 程洪.武汉理工大学 2018
[3]SiC 热裂解外延石墨烯的可控制备及性能研究[D]. 郝昕.电子科技大学 2013
硕士论文
[1]多弧离子镀技术制备TiN基纳米复合多层膜及其性能研究[D]. 杨波波.山东大学 2019
[2]磁控溅射制备SiAlON/SiC膜及其性能研究[D]. 郑小燕.山东大学 2018
[3]近红外区高透过率ITO/AZO薄膜的制备和性能研究[D]. 赵继凤.山东大学 2017
[4]磁控溅射制备具有SiOC过渡层结构的类金刚石薄膜及其结构性能的研究[D]. 冯建.海南大学 2017
[5]磁控溅射制备SiC薄膜及其电阻温度特性研究[D]. 姚靖懿.南京航空航天大学 2017
[6]易碳化过渡层对碳基硬质薄膜结构和性能的影响[D]. 赵希安.中国地质大学(北京) 2015
[7]磁控溅射沉积系统设计及SiC-A1薄膜的摩擦特性研究[D]. 晁云峰.郑州大学 2015
[8]单晶SiC集群磁流变研磨加工工艺实验研究[D]. 刘其.广东工业大学 2014
[9]SiC过渡层制备温度对SiC/F-DLC复合薄膜血液相容性的影响[D]. 佘清.苏州大学 2014
[10]SiC多层薄膜的制备及其性能研究[D]. 李辉.合肥工业大学 2013
本文编号：3575975
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