氦对铜钨纳米多层膜界面稳定性的影响

采用射频磁控溅射方法,分别在纯Ar和Ar, He混合气氛下制备了多个不同调制周期的Cu/W纳米多层膜. 利用增强质子背散射(EPBS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分别对Cu/W多层膜中He含量、 截面形貌和相结构进行了分析.结果表明:多层膜的界面稳定性是耐氦损伤的前提和保证. 在适当的调制周期下,纳米多层膜能有抑制氦泡成核及长大的能力.     

界面和择优取向对TiN/ZrN纳米多层膜硬度变化的影响

利用射频反应磁控溅射方法，制备了调制比约为4，调制周期不同的一系列TiN/ZrN纳米多层膜. 利用X射线衍射仪(XRD)、高分辨电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕仪(Nanoindentation)对多层膜的调制结构、界面状态和力学性能进行了表征. 研究结果表明TiN/ZrN多层膜具有很好的调制结构，但是在TiN层和ZrN层之间存在一定厚度的界面混合层. 力学性能分析表明：当调制周期小于15 nm时，TiN/ZrN多层膜的硬度介于单一TiN和ZrN薄膜的硬度之间；当调制周期为15.24 nm时，硬度达到最大，但随着调制周期增加，多层膜的硬度基本上保持为常数. 分析了TiN/ZrN多层膜硬度变化的机制，认为界面厚度和择优取向是导致硬度变化的主要原因. 关键词： TiN/ZrN多层膜 界面宽度 择优取向 硬度变化     

N2分压对ZrN/WN纳米多层膜缺陷性质与力学性能的影响

利用射频磁控溅射系统在不同N2分压的条件下,制备了一系列ZrN/WN纳米多层膜.借助慢正电子湮没技术分析了样品的缺陷性质,采用纳米压痕仪研究了多层膜的力学性能.结果发现:N2分压为0.4 Pa的多层膜具有最小的空位型缺陷浓度,其中心层和膜基结合层的平均S参数分别为0.4402和0.4641,而较低或较高的N2分压都可能导致空位型缺陷浓度的增加.随着空位型缺陷浓度的减小,多层膜的硬度和临界载荷增大.对于空位型缺陷浓度最小的多层膜,其硬度和临界载荷达到最大值,分别为34.8 GPa和100 mN,说明较低的缺陷浓度有利于提高多层膜的力学件能.     

N2分压对ZrN/WN纳米多层膜缺陷性质与力学性能的影响

利用射频磁控溅射系统在不同N₂分压的条件下，制备了一系列ZrN/WN纳米多层膜.借助慢正电子湮没技术分析了样品的缺陷性质，采用纳米压痕仪研究了多层膜的力学性能.结果发现：N₂分压为0.4Pa的多层膜具有最小的空位型缺陷浓度，其中心层和膜基结合层的平均S参数分别为0.4402和0.4641，而较低或较高的N₂分压都可能导致空位型缺陷浓度的增加.随着空位型缺陷浓度的减小，多层膜的硬度和临界载荷增大.对于空位型缺陷浓度最小的多层膜，其硬度和临界载荷达到最大值，分别为34.8GPa和100mN，说明较低的缺陷浓度有利于提高多层膜的力学性能. 关键词： ZrN/WN纳米多层膜 缺陷性质 力学性能 慢正电子湮没     

TaN/TiN和NbN/TiN纳米结构多层膜超硬效应及超硬机理研究

采用射频磁控溅射方法制备单层TaN,NbN和TiN薄膜和不同调制周期的TaN/TiN和NbN/TiN纳米多层膜.薄膜采用X射线衍射仪、高分辨率透射电子显微镜和显微硬度仪进行表征.结果表明TaN/TiN和NbN/TiN纳米多层膜在一定的调制周期范围内均呈共格界面,相应地均出现了超硬效应,且最大硬度值接近.分析了TaN/TiN与NbN/TiN纳米多层膜的超硬机理,TaN/TiN的晶格错配度与NbN/TiN的接近,但TaN/TiN的弹性模量差与NbN/TiN的有一定的差别,表明由于晶格错配使共格外延生长在界面处 关键词： TaN/TiN纳米多层膜 NbN/TiN纳米多层膜 外延生长 超硬效应     

反应磁控溅射ZrN/AlON纳米多层膜的晶体生长和超硬效应

采用Zr靶和Al₂O₃靶通过在Ar，N₂混合气氛中进行反应磁控溅射的方法制备了不同AlON调制层厚和不同ZrN调制层厚的两个系列的ZrN/AlON纳米多层膜.利用X射线能量色散谱仪、X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针研究了多层膜的成分、微结构和力学性能.结果表明，在Ar，N₂混合气氛中对Al₂O₃进行溅射的过程中，N原子会部分取代Al₂O₃中的氧原子，形成AlON化合物.在ZrN/AlON纳米多层膜中，由于受到ZrN晶体调制层的模板作用，溅射条件下以非晶态存在的AlON层在其厚度小于0.9nm时被强制晶化并与ZrN层形成共格外延生长；相应地，多层膜的硬度明显提高，最高硬度达到33.0GPa.进一步增加多层膜中AlON调制层的厚度，AlON层形成非晶结构，破坏了多层膜的共格外延生长，导致其硬度逐步降低. 关键词： ZrN/AlON纳米多层膜 外延生长 非晶晶化 力学性能     

界面结构对Cu/Ni多层膜纳米压痕特性影响的分子动力学模拟

金属多层膜调制周期下降到纳米级时,其力学性质会发生显著改变. Cu-Ni晶格失配度约为2.7%,可以形成共格界面和半共格界面,实验中实现沿[111]方向生长的调制周期为几纳米且具有异孪晶界面结构的Cu/Ni多层膜,其力学性质发生显著改变.本文采用分子动力学方法对共格界面、共格孪晶界面、半共格界面、半共格孪晶界面等四种不同界面结构的Cu/Ni多层膜进行纳米压痕模拟,研究压痕过程中不同界面结构类型的形变演化规律以及位错与界面的相互作用,获取Cu/Ni多层膜不同界面结构对其力学性能的影响特征.计算结果表明,不同界面结构的样品在不同压痕深度时表现出的强化或软化作用机理不同,软化机制主要是由于形成了平行于界面的分位错以及孪晶界面的迁移,强化机制主要是由于界面对位错的限定作用以及失配位错网状结构与孪晶界面迁移时所形成的弓形位错之间的相互作用.     

Si3N4的晶体化和ZrN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

研究了Si3N4层在ZrN/Si3N4纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜微结构与力学性能的影响.一系列不同Si3N4层厚度的ZrN/Si3N4纳米多层膜通过反应磁控溅射法制备.利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能.结果表明,由于受到ZrN调制层晶体结构的模板作用,溅射条件下以非晶态存在的Si3N4层在其厚度小于0.9 nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体,ZrN/Si3N4纳米多层膜形成共格外延生长的柱状晶,并相应地产生硬度升高的超硬效应.Si3N4随层厚的进一步增加又转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.     

Fe/Si多层膜的层间耦合与界面扩散

对以本征Si及重掺杂ｐ型和ｎ型Si作为中间层的Fe/Si多层膜的层间耦合进行研究，并通过退火，增大Fe，Si之间的扩散，分析界面扩散对层间耦合的影响. 实验结果表明，层状结构良好的制备态的多层膜，Fe，Si之间也存在一定程度的扩散，它是影响层间耦合的 主要因素，远远超过了半导体意义上的重掺杂，使不同种类的Si作为中间层的层间耦合基本 一致.进一步还发现，在一定范围内增大Fe，Si之间的扩散，即使多层膜的层状结构已经有了相当的退化，Fe/Si多层膜的反铁磁耦合强度基本保持不变. 关键词： Fe/Si多层膜 层间耦合 界面扩散     

溅射压强对TiN/SiNx纳米多层膜微观结构及力学性能的影响

利用磁控溅射方法在不同溅射压强条件下制备了TiN/SiN_x纳米多层膜.多层膜的微观结构及力学性能分别用X射线衍射仪、原子力显微镜及纳米压痕仪来表征.结果表明随着溅射压强的增大,多层膜的界面变模糊,TiN层的择优取向由(200)晶面过渡到(111)晶面.与此同时,多层膜的表面粗糙度增大,硬度和弹性模量随溅射压强的增大而减小.多层膜力学性能的差异主要是由于薄膜的周期性结构及致密度存在差异所致. 关键词： x多层膜')" href="#">TiN/SiN_x多层膜 界面宽度 表面形貌     

Microstructures and tribological properties of CrN/ZrN nanoscale multilayer coatings

Nanoscale multilayer CrN/ZrN coatings with bilayer thicknesses ranging from 11.7 to 66.7 nm were prepared by reactive magnetron sputtering techniques. The structure of the thin films was characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). X-ray diffraction results showed that CrN individual layers presented a <1 1 1> preferred orientation in the multilayer coatings. The diffraction peaks of CrN shifted continuously to low diffraction angle with decreasing bilayer thickness. TEM observations showed that the multilayer did not form a superlattice structure instead of the coexistence of nanocrystalline CrN and ZrN layers. Columnar growth for all the coatings was observed by cross-sectional SEM. Nanoindentation tests showed that the multilayer coatings had almost a constant nanohardness of 29 GPa in spite of the variations of bilayer thickness. Pin-on-disk tests indicated that both the friction coefficients and wear rates increased when decreasing bilayer thickness. However, in comparison with the monolayer coating, the multilayer coatings exhibited excellent wear resistance.     

Si3N4的晶体化和ZrN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

研究了Si₃N₄层在ZrN/Si₃N₄纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜微结构与力学性能的影响. 一系列不同Si₃N₄层厚度的ZrN/Si₃N₄纳米多层膜通过反应磁控溅射法制备. 利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能. 结果表明，由于受到ZrN调制层晶体结构的模板作用，溅射条件下以非晶态存在的Si₃N₄层在其厚度小于0.9 nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体，ZrN/Si₃N₄纳米多层膜形成共格外延生长的柱状晶，并相应地产生硬度升高的超硬效应. Si₃N₄随层厚的进一步增加又转变为非晶态，多层膜的共格生长结构因而受到破坏，其硬度也随之降低.     

Effect of deposition and annealing temperature on mechanical properties of TaN film

Tantalum nitride films (TaN) were synthesized by microwave ECR-DC sputtering. The effects of deposition and annealing temperature on mechanical properties of TaN films were investigated. Cross-section pattern, microstructure and binding energy of the films were investigated by scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), respectively. Mechanical properties were evaluated using nano-indentation and scratch tester. The results showed that the maximal hardness value of approximately 40 GPa was deposited in the TaN sample at 573 K. While the preparation temperature decreased, the hardness, modulus and adhesion of TaN film also decreased. Hardness and modulus also decreased with the increase in annealing temperature. Meanwhile the adhesion strength was also sensitive to the annealing temperature, with a maximum adhesion strength of 40 N measured in the TaN film annealed at 448 K. The results demonstrated that a desirable mechanical property of TaN films deposited by DC reactive magnetron sputtering can be obtained by controlling the deposition and annealing temperature.     

Characterization of bilayer coatings of TiN/ZrN grown using pulsed arc PAPVD

Nitride coatings have been used to increase hardness and to improve the wear and corrosion resistance of structural materials. Coatings of TiN/ZrN were grown on stainless steel substrates using a physical vapour deposition system assisted by pulsed arc plasma (PAPVD). The coatings have been characterized by X-ray diffraction (XRD) in order to identify the present phases of the films, microstrain level generated, crystallite size and the variation of the lattice parameter. The results showed plane orientations (1 1 1) and (2 0 0) in both TiN and ZrN films. Morphology surface analysis of the samples were performed using a scanning probe microscope to characterize the grain size and roughness in the mode of the atomic force microscopy (AFM) hence it was observed that the root-mean-squared (rms) roughness for ZrN is smaller than for TiN. Besides elastic and friction properties of the films were characterized qualitatively, and then, they were compared with those of the substrates by using force modulation microscopy (FMM) and lateral force microscopy (LFM) modes. In addition, an elemental analysis of the samples was realized by means of energy dispersive spectroscopy (EDS). Both, XRD and AFM results are given as a function of the number of shots. Chemical states of the TiN and ZrN films were determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).     

采用Al/TaN叠层电极提高Si基Ge PIN光电探测器的性能

金属与Ge材料接触由于存在强烈的费米钉扎效应, 导致金属电极与n型Ge接触引入较大的接触电阻, 限制了Si基Ge探测器响应带宽. 本文报道了在SOI衬底上外延Ge单晶薄膜并制备了不同台面尺度的Ge PIN光电探测器. 对比了电极分别为金属Al和Al/TaN叠层的具有相同器件结构的SOI基Ge PIN光电探测器的暗电流、响应度以及响应带宽等参数. 发现在Al与Ge之间增加一薄层TaN可有效减小n型Ge的接触电阻, 将台面直径为24 μ的探测器在1.55 μ的波 长和-1 V偏压下的3 dB响应带宽提高了4倍. 同时, 器件暗电流减小一个数量级, 而响应度提高了2倍. 结果表明, 采用TaN薄层制作金属与Ge接触电极, 可有效钝化金属与Ge界面, 减轻费米钉扎效应, 降低金属与n-Ge接触的势垒高度, 因而减小接触电阻和界面复合电流, 提高探测器的光电性能.     

采用AI／TaN叠层电极提高Si基GePIN光电探测器的性能

金属与Ge材料接触由于存在强烈的费米钉扎效应,导致金属电极与n型Ge接触引入较大的接触电阻,限制了si基Ge探测器响应带宽．本文报道了在SOI衬底上外延Ge单晶薄膜并制备了不同台面尺度的GePIN光电探测器．对比了电极分别为金属Al和A1／TaN叠层的具有相同器件结构的SOI基GePIN光电探测器的暗电流、响应度以及响应带宽等参数．发现在Al与Ge之间增加一薄层TaN可有效减小n型Ge的接触电阻,将台面直径为24um的探测器在1．55um的波长和-1V偏压下的3dB响应带宽提高了4倍．同时,器件暗电流减小一个数量级,而响应度提高了2倍．结果表明,采用TaN薄层制作金属与Ge接触电极,可有效钝化金属与Ge界面,减轻费米钉扎效应,降低金属与n-Ge接触的势垒高度,因而减小接触电阻和界面复合电流,提高探测器的光电性能．