等离子体增强磁控溅射法制备CrN薄膜工艺及其性能的研究

发布时间：2017-10-24 13:28

  本文关键词：等离子体增强磁控溅射法制备CrN薄膜工艺及其性能的研究

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【摘要】：磁控溅射制备技术是近些年来迅速发展的一种材料表面改性的重要手段之一,具有低温、低成本、高效率等特点,并具备实现工业化生产的发展前景和广泛应用于各种化合物薄膜的沉积与制备。随着现代工业的发展,传统工艺制备的涂层不再满足当今苛刻的应用环境,故在以上制备方法的基础上采用等离子体增强平衡磁控溅射来制备涂层,除了具备以上特点,还具备“高离化率”的特点。本论文实验采用等离子体增强平衡磁控溅射镀膜设备制备CrN薄膜。重点研究了氮气流量比和基体负偏压的工艺参数对制备的CrN薄膜组织和性能的影响。分别利用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪、霍尔效应仪、台阶仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机和划痕仪较系统的研究了CrN薄膜的厚度、沉积速率、组织结构、形貌、化学成分以及力学性能。研究结果表明:随着N2含量的增加,CrN薄膜的沉积速率下降,其原因与薄膜本身的导电性有关;CrN(220)衍射峰逐渐向小角度出现一定的偏移。N2含量≥40%后,涂层中Cr、N原子比最接近1:1,形貌也不再变化;随着氮气含量的增加,薄膜的物相结构由Cr2N、Cr2N+CrN、CrN变化。在同样的溅射功率下,随着偏压的增加,薄膜的沉积速率下降;并且偏压的改变不影响薄膜的化学组成,而是改变离化后离子的能量,从而影响薄膜的热力学和动力学行为;除了0V的实验外,基底负偏压由-70V增加到-125V时,CrN薄膜择优生长发生了(111)向(200)转变;基体偏压为-70 V时,薄膜的力学性能较好。
【关键词】：等离子体 磁控溅射 CrN薄膜
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1. 绪论9-20
• 1.1 前言9
• 1.2 气相沉积技术9-12
• 1.2.1 物理气相沉积9-11
• 1.2.2 化学气相沉积11-12
• 1.3 磁控溅射技术12-16
• 1.3.1 传统磁控溅射技术12-13
• 1.3.2 磁控溅射原理13-15
• 1.3.3 等离子增强技术15-16
• 1.4 氮化铬涂层国内外发展动态16-19
• 1.4.1 氮化铬的结构和性能16-17
• 1.4.2 氮化铬基多元结构17
• 1.4.3 氮化铬基多层结构17-18
• 1.4.4 氮化铬基纳米结构18
• 1.4.5 氮化铬基梯度结构18-19
• 1.5 本论文研究目的和内容19-20
• 2. 实验材料及设备表征20-31
• 2.1 实验材料20
• 2.2 等离子体增强磁场磁控溅射镀膜设备20-24
• 2.2.1 设备构成21-23
• 2.2.2 工艺操作流程23-24
• 2.3 样品的表征方法简介24-31
• 2.3.1 薄膜的厚度及导电性测试25-26
• 2.3.2 薄膜的结构表征26-29
• 2.3.3 硬质薄膜的力学性能测试29-31
• 3. 不同N_2流量比对CrN_x薄膜微观结构及力学性能的影响31-44
• 3.1 实验方法31-32
• 3.1.1 实验工艺参数31-32
• 3.2 实验结果与讨论32-42
• 3.2.1 沉积速率与迟滞回线32-34
• 3.2.2 晶体结构34-36
• 3.2.3 表面形貌与化学成份36-39
• 3.2.4 显微硬度39-40
• 3.2.5 摩擦性能与结合力40-42
• 3.3 实验检测结果42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 4. 不同基体负偏压对制备CrN薄膜结构和性能的影响44-52
• 4.1 实验方法44-45
• 4.1.1 实验工艺参数44-45
• 4.2 实验结果分析与讨论45-51
• 4.2.1 沉积速率45
• 4.2.2 化学成份45-47
• 4.2.3 晶体结构47-48
• 4.2.4 表面形貌48-49
• 4.2.5 显微硬度49-50
• 4.2.6 摩擦磨损与结合力50-51
• 4.3 本章实验检测结果51
• 4.4 本章小结51-52
• 5. 结论52-53
• 参考文献53-57
• 致谢57-58
• 作者简介58-59

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本文编号：1088964