高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）制备氮化钛（TiN）薄膜的应力释放及其结合稳定性研究
发布时间：2021-11-07 22:20
采用高功率脉冲磁控溅射技术（High power pulsed magnetron sputtering,HPPMS）制备的氮化钛（TiN）薄膜因其具有的众多优良性能,在工业领域中得到了广泛应用。但在TiN薄膜表面改性工件的实际应用中,研究者及生产者经常发现,薄膜沉积刚完成时,工件表面薄膜改性层是完整的,没有发生薄膜剥落,但是放置一段时间后,工件表面薄膜就会发生结合失效现象,导致零件无法继续使用。研究表明,高的残余应力是导致HPPMS制备的薄膜发生结合失效的主要原因。为了更好地进行产品质量控制,研究薄膜沉积完成后应力变化及结合稳定性,预估薄膜服役寿命,本文通过调控基体偏压制备出具有不同残余压应力的TiN薄膜,采用基片曲率法、X射线衍射法、划痕法、超显微硬度计、摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等手段,评价了薄膜的应力、薄膜/基体结合性能、硬度、耐磨损性、表面形貌和微观结构等随时间变化的规律。研究结果表明,在沉积完成后1小时内,-50V和-150V基体偏压下制备的TiN薄膜压应力分别在3.123.39GPa和7.407
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
划痕法示意图
图 1-2 金薄膜应力随时间变化趋势图[47]之外，已有大量工作研究金属薄膜在沉积过程及停镀过程中的应力、Ag[49, 50]、Cu[46, 51, 52]、Au[49]、Al[44, 53]、Sn[54]等膜在生长终止后应力放，后期释放速率逐渐放缓的趋势。
图 2-1 UBMS450 型高真空四靶非平衡 HPPMS 系统示意图本文采用四靶非平衡高功率脉冲磁控溅射设备（UBMS450 型）沉积氮化钛（T膜，整套设备构成如图 2-1 所示，基体选用 Si（100）长方形片及 316L 不锈钢圆
【参考文献】：
期刊论文
[1]双脉冲磁控溅射峰值靶电流密度对TiN薄膜结构与力学性能的影响[J]. 时惠英,杨超,蒋百灵,黄蓓,王迪. 金属学报. 2018(06)
[2]薄膜应力测量方法及影响因素研究进展[J]. 马一博,陈牧,颜悦,刘伟明,韦友秀,张晓锋,李佳明. 航空材料学报. 2018(01)
[3]TiN薄膜的残余应力调控及力学性能研究[J]. 邱龙时,乔关林,马飞,徐可为. 机械工程学报. 2017(24)
[4]Effect of Wafer Size on the Film Internal Stress Measurement by Wafer Curvature Method[J]. 江帆,CHEN Shang,冷永祥,HUANG Nan. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2016(01)
[5]凹槽工件表面常规磁控与高功率脉冲磁控溅射沉积钒薄膜的研究(英文)[J]. 李春伟,田修波,刘天伟,秦建伟,杨晶晶,巩春志,杨士勤. 稀有金属材料与工程. 2013(12)
[6]磁控溅射硅基薄膜应力演化实时研究[J]. 李静平,方明,贺洪波,邵建达,李朝阳. 强激光与粒子束. 2013(11)
[7]等离子渗氮、离子镀TiN复合处理对纯钛铸件硬度及耐磨性的影响[J]. 佟宇,郭天文,王菁,梁海锋,弥谦. 真空科学与技术学报. 2011(04)
[8]高速钢上TiN涂层残余应力的曲率测试和有限元分析[J]. 弓满锋,乔生儒,卢国锋,姬浩,LYASHENKO B A. 机械工程学报. 2010(06)
[9]TiN/Ti多层膜韧性对摩擦学性能的影响[J]. 龚海飞,邵天敏. 材料工程. 2009(10)
[10]TiN薄膜制备方法、性能及其应用的研究进展[J]. 季鑫,宓一鸣,周细应. 热加工工艺. 2009(04)
博士论文
[1]高功率脉冲磁控溅射斜入射沉积氮化钛薄膜结构及应力调控研究[D]. 江帆.西南交通大学 2016
硕士论文
[1]高功率脉冲磁控溅射TiN薄膜性能调控[D]. 吴建.西南交通大学 2017
[2]多弧离子镀制备Ti/TiN多层薄膜的摩擦学和耐腐蚀性能[D]. 史鑫.兰州理工大学 2016
[3]划痕法评价氮化钛薄膜结合力研究[D]. 江范清.西南交通大学 2012
[4]HFCVD金刚石膜残余应力的仿真与实验研究[D]. 张海余.南京航空航天大学 2007
[5]反应磁控溅射法制备TiN薄膜的研究[D]. 杨凯.东南大学 2006
本文编号：3482496
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
划痕法示意图
图 1-2 金薄膜应力随时间变化趋势图[47]之外，已有大量工作研究金属薄膜在沉积过程及停镀过程中的应力、Ag[49, 50]、Cu[46, 51, 52]、Au[49]、Al[44, 53]、Sn[54]等膜在生长终止后应力放，后期释放速率逐渐放缓的趋势。
图 2-1 UBMS450 型高真空四靶非平衡 HPPMS 系统示意图本文采用四靶非平衡高功率脉冲磁控溅射设备（UBMS450 型）沉积氮化钛（T膜，整套设备构成如图 2-1 所示，基体选用 Si（100）长方形片及 316L 不锈钢圆
【参考文献】：
期刊论文
[1]双脉冲磁控溅射峰值靶电流密度对TiN薄膜结构与力学性能的影响[J]. 时惠英,杨超,蒋百灵,黄蓓,王迪. 金属学报. 2018(06)
[2]薄膜应力测量方法及影响因素研究进展[J]. 马一博,陈牧,颜悦,刘伟明,韦友秀,张晓锋,李佳明. 航空材料学报. 2018(01)
[3]TiN薄膜的残余应力调控及力学性能研究[J]. 邱龙时,乔关林,马飞,徐可为. 机械工程学报. 2017(24)
[4]Effect of Wafer Size on the Film Internal Stress Measurement by Wafer Curvature Method[J]. 江帆,CHEN Shang,冷永祥,HUANG Nan. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2016(01)
[5]凹槽工件表面常规磁控与高功率脉冲磁控溅射沉积钒薄膜的研究(英文)[J]. 李春伟,田修波,刘天伟,秦建伟,杨晶晶,巩春志,杨士勤. 稀有金属材料与工程. 2013(12)
[6]磁控溅射硅基薄膜应力演化实时研究[J]. 李静平,方明,贺洪波,邵建达,李朝阳. 强激光与粒子束. 2013(11)
[7]等离子渗氮、离子镀TiN复合处理对纯钛铸件硬度及耐磨性的影响[J]. 佟宇,郭天文,王菁,梁海锋,弥谦. 真空科学与技术学报. 2011(04)
[8]高速钢上TiN涂层残余应力的曲率测试和有限元分析[J]. 弓满锋,乔生儒,卢国锋,姬浩,LYASHENKO B A. 机械工程学报. 2010(06)
[9]TiN/Ti多层膜韧性对摩擦学性能的影响[J]. 龚海飞,邵天敏. 材料工程. 2009(10)
[10]TiN薄膜制备方法、性能及其应用的研究进展[J]. 季鑫,宓一鸣,周细应. 热加工工艺. 2009(04)
博士论文
[1]高功率脉冲磁控溅射斜入射沉积氮化钛薄膜结构及应力调控研究[D]. 江帆.西南交通大学 2016
硕士论文
[1]高功率脉冲磁控溅射TiN薄膜性能调控[D]. 吴建.西南交通大学 2017
[2]多弧离子镀制备Ti/TiN多层薄膜的摩擦学和耐腐蚀性能[D]. 史鑫.兰州理工大学 2016
[3]划痕法评价氮化钛薄膜结合力研究[D]. 江范清.西南交通大学 2012
[4]HFCVD金刚石膜残余应力的仿真与实验研究[D]. 张海余.南京航空航天大学 2007
[5]反应磁控溅射法制备TiN薄膜的研究[D]. 杨凯.东南大学 2006
本文编号：3482496
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