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     

AlN在AlN/VN纳米多层膜中的相转变及其对薄膜力学性能的影响

采用反应磁控溅射制备了AlN/VN纳米多层膜.研究了多层膜调制周期对AlN生长结构的影响以 及纳米多层膜的力学性能.结果表明：小周期多层膜中的AlN以亚稳的立方相(c-AlN)存在并 与VN形成共格外延生长的超晶格.薄膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应.大调制周期下， AlN从立方结构转变为稳定的六方相（h-AlN），并使多层膜形成纳米晶的“砖墙”型结构. 讨论认为VN的模板作用有利于c-AlN的生长，但不能显著提高其临界厚度. 关键词： 薄膜的力学性能 外延生长 亚稳相     

AlN/BN纳米结构多层膜微结构及力学性能

用射频磁控溅射法制备了AlN,BN单层膜及AlN/BN纳米多层膜.采用X射线衍射仪、高分辨率透射电子显微镜和纳米压痕仪对薄膜结构进行表征.分析表明：单层膜AlN为w-AlN结构,BN为非晶相.AlN/BN多层膜中BN的结构与BN层厚有关.当BN层厚小于0.55nm时,由于AlN层模板的作用,BN发生了外延生长,BN与AlN的结构相同;当BN层厚大于0.74nm时,BN为非晶.AlN/BN多层膜的硬度也与BN层的厚度有关.当BN层厚为1—2个分子层时,AlN/BN多层膜具有超硬效应;当BN层厚增加到0.74 关键词： AlN/BN多层膜 BN结构 超硬效应     

Si3N4在h-AlN上的晶体化与AlN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列具有不同Si3N4层厚度的AlN/Si3N4纳米多层膜,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.研究了Si3N4层在AlN/Si3N4纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长结构与力学性能的影响.结果表明,在六方纤锌矿结构的晶体AlN调制层的模板作用下,通常溅射条件下以非晶态存在的Si3N4层在其厚度小于约1nm时被强制晶化为结构与AlN相同的赝形晶体,AlN/Si3N4纳米多层膜形成共格外延生长的结构,相应地,多层膜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.分析认为,AlN/Si3N4纳米多层膜超硬效应的产生与多层膜共格外延生长所形成的拉压交变应力场导致的两调制层模量差的增大有关.     

调制结构对c-VC/h-TiB2纳米多层膜的超硬效应的影响

通过磁控溅射法制备了一系列不同调制结构的c-VC/h-TiB2纳米多层膜,采用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和纳米力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能,研究了纳米多层膜调制结构与超硬效应的关系.基于实验研究结果,建立了立方结构VC和六方结构TiB2组成纳米多层膜时调制结构与硬度的关系图,该图分为四个区域,超硬效应产生于具有明锐界面和共格生长结构的区域中,而在其他区域内调制结构的改变将导致多层膜微结构发生变化,使得硬度相应降低.这一关系图可为类似异结构纳米多层膜获得超硬效应的调制结构设计提供参考.     

Si3N4在h-AlN上的晶体化与AlN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列具有不同Si₃N₄层厚度的AlN/Si₃N₄纳米多层膜,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.研究了Si₃N₄层在AlN/Si₃N₄纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长结构与力学性能的影响.结果表明,在六方纤锌矿结构的晶体AlN调制层的模板作用下,通常溅射条件下以非晶态存在的Si₃N₄层在其厚度小于约1nm时被强制晶化为结构与AlN相同的赝形晶体,AlN/Si₃N₄纳米多层膜形成共格外延生长的结构,相应地,多层膜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.分析认为,AlN/Si₃N₄纳米多层膜超硬效应的产生与多层膜共格外延生长所形成的拉压交变应力场导致的两调制层模量差的增大有关. 关键词： 3N₄纳米多层膜')" href="#">AlN/Si₃N₄纳米多层膜 外延生长 赝晶体 超硬效应     

SiO2的赝晶化及AlN/SiO2纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列不同SiO₂层厚度的AlN/SiO₂纳米多层膜，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，研究了SiO₂层在多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长方式及力学性能的影响. 结果表明，由于受AlN六方晶体结构的模板作用，溅射条件下以非晶态存在的SiO₂层在其厚度小于0.6 nm时被强制晶化为与AlN相同的六方结构赝晶体并与AlN形成共格外延生长. 由于不同模量的两调制层存在晶格错配度，多层膜中产生了拉、压交变的应力场，使得多层膜产生硬度升高的超硬效应. SiO₂随层厚的进一步增加又转变为以非晶态生长，多层膜的外延生长结构受到破坏，其硬度也随之降低. 关键词： 2纳米多层膜')" href="#">AlN/SiO₂纳米多层膜 赝晶化 应力场 超硬效应     

AIN/Si3N4 纳米多层膜的外延生长与力学性能

采用射频磁控溅射方法制备单层AlN,Si3N4薄膜和不同调制周期的AlN/S3N4纳米多层膜.采用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和纳米压痕仪对薄膜进行表征.结果发现,多层膜中Si3N4层的晶体结构和多层膜的硬度依赖于Si3N4层的厚度.当AlN层厚度为4.0 nm、Si3N4层厚度为0.4nm时,AlN和Si3N4层共格外延生长,多层膜形成穿过若干个调制周期的柱状晶结构,产生硬度升高的超硬效应.随着Si3N4层厚的增加,Si3N4层逐步形成非晶并阻断了多层膜的共格外延生长,多层膜的硬度迅速降低,超硬效应消失.采用材料热力学和弹性力学计算了Si3N4层由晶态向非晶转变的临界厚度.探讨了AlN/Si3N4纳米多层膜出现超硬效应的机理.     

TiN/SiC纳米多层膜的生长结构与力学性能

研究了TiN/SiC纳米多层膜中立方SiC（B1cubic SiC）的形成及其对TiN/SiC多层膜力学性能的影响.结果表明：在TiN/SiC多层膜中，非晶态的SiC层在厚度小于0.6nm时形成立方结构并与TiN形成共格外延生长的超晶格柱状晶，使多层膜产生硬度和弹性模量显著升高的超硬效应，最高硬度超过60GPa.SiC随着层厚的增加转变为非晶相，从而阻止了多层膜的共格外延生长，使薄膜呈现TiN纳米晶和SiC非晶组成的层状结构特征，同时多层膜的硬度和弹性模量下降.TiN/SiC纳米多层膜产生的超硬效应与立方 关键词： 立方碳化硅 TiN/SiC纳米多层膜 外延生长 超硬效应     

SiO2的赝晶化及AIN/SiO2纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列不同SiO2 层厚度的A1N/SiO2 纳米多层膜,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,研究了SiO2 层在多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长方式及力学性能的影响.结果表明,由于受AIN六方晶体结构的模板作用,溅射条件下以非晶态存在的SiO2层在其厚度小于0.6 nm时被强制晶化为与AlN相同的六方结构赝晶体并与AlN形成共格外延生长.由于不同模量的两调制层存在晶格错配度,多层膜中产生了拉、压交变的应力场,使得多层膜产生硬度升高的超硬效应.SiO2随层厚的进一步增加又转变为以非晶态生长,多层膜的外延生长结构受到破坏,其硬度也随之降低.     

Stabilisation of fcc cobalt layers by 0.4 nm thick manganese layers in Co/Mn superlattices

Epitaxial Co/Mn multilayers (0.75 to 6 nm Co, 0.4 nm Mn layer thickness) have been grown on mica substrates covered by a (0002) Ru buffer layer. The structural properties of these layers have been studied using X-ray diffraction, nuclear magnetic resonance (NMR), and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). The Co layers, grown as face centred cubic (fcc), were found to be stabilised by the very thin Mn layers. Data obtained using X-ray diffraction and NMR were analysed and found to be in good agreement, while Monte-Carlo simulations were used to interpret the data and calculate the expected diffracted intensity and NMR spectra. The HRTEM data show that the Mn layers give rise to a large strain contrast extending, in the growth direction, over a distance which exceeds the thickness of the Mn layers. The superlattices could be described as having an fcc structure containing randomly located stacking faults with varying densities. The results verify the presence of a dominant, almost perfect phase of fcc stacking, and of a faulted hcp phase, while the number of defects increases with the Co layer thickness. Received 27 October 1999 and Received in final form 29 May 2000     

Structure and mechanical properties of Al/AlN multilayer with different AlN layer thickness

Nanometer scale Al/AlN multilayers have been prepared by dc magnetron sputtering technique with a columnar target. A set of Al/AlN multilayers with the Al layer thickness of 2.9 nm and the AlN layer thickness variation from 1.13 to 6.81 nm were determined. Low angle X-ray diffraction (LAXRD) was used to analyze the layered structure of multilayers. The phase structure of the coatings was investigated with grazing angle XRD (GAXRD). Mechanical properties of these multilayers were thoroughly studied using a nanoindentation and ball-on-disk micro-tribometer. It was found that the multilayer hardness and reduced modulus showed no strong dependence on the AlN layer thickness. Al2.9 nm/AlN1.13 nm multilayer had more excellent tribological properties than single layers and other proportion multilayers with a lowest friction coefficient of 0.15. And the tribological properties of all the multilayers are superior to the AlN single layer.     

AlN/Si3N4纳米多层膜的外延生长与力学性能

采用射频磁控溅射方法制备单层AlN, Si₃N₄薄膜和不同调制周期的AlN/Si₃N₄纳米多层膜.采用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和纳米压痕仪对薄膜进行表征.结果发现,多层膜中Si₃N₄层的晶体结构和多层膜的硬度依赖于Si₃N₄层的厚度.当AlN层厚度为4.0nm、 Si₃N₄层厚度 关键词： 3N₄纳米多层膜')" href="#">AlN/Si₃N₄纳米多层膜 外延生长 应力场 超硬效应     

Microstructural evolution and martensitic transformation mechanisms during solidification processes of liquid metal Pb

The microstructural evolution and the martensitic transformation (bcc–hcp and bcc–fcc) mechanisms during the solidification process of liquid metal Pb were studied by molecular dynamics simulation. Results indicate that, with the decrease of temperature, the system undergoes two phase transitions: from the liquid state into a metastable bcc phase first and then from the bcc phase into a coexisting crystal structure of hcp and fcc phases. Moreover, the complicated martensitic transformation processes are clearly observed by cluster type index method (CTIM) and the tracing method. The two transformation mechanisms are very analogous at the atomic level; the essential difference between them is that, in the bcc–hcp transformation, two adjacent layers shift in opposite directions, whereas in the bcc–fcc transformation, the top layer and bottom layer shift in opposite directions relative to the middle layer. The specific mechanisms for the bcc–hcp and bcc–fcc transformations are confirmed to correspond to the revised Burgers mechanism and Bain mechanism, respectively.     

利用TEM对Si基片与MgO基片上生长的薄膜特性的研究

对生长在Si和MgO单晶基片上的不同厚度的单层NbN薄膜、双层薄膜AlN/NbN以及三层薄膜NbN/AlN/NbN应用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)技术进行了分析研究,对这几种薄膜样品的微观结构、薄膜厚度以及各个边界的一些直观细节给出了较为清晰的图像。由透射电子显微镜的电子衍射图案计算了薄膜和单晶衬底的晶格常数,并与我们以前采用X射线衍射技术分析的结果进行了比较,结果有很好的吻合。     

基于NbN，AIN技术的体声波器件研究

体声波滤波器由于其低插损、小尺寸、高带外抑制等特性，随着第三代移动通信以及蓝牙技术的发展而得到广泛研究，而MEMS技术和压电薄膜制备技术的进一步发展使高性能的体声波滤波器制作成为可能．我们以单晶MgO作为器件衬底，MgO/NbN多层结构作为AIN薄膜体声波器件的反射器，NBN／AIN／NbN三层结构为谐振器．在这样的多层结构的设计中由于各种材料之间的晶格失配小，可以获得从几十纳米到几百纳米厚度不等的单晶AIN薄膜．通过控制AIN薄膜和NbN薄膜的不同厚度，可以获得不同频段范围的谐振器．压电薄膜的质量，以及体声波在多层结构界面上的能量损耗，直接影响到谐振器电学性能．基于AIN材料的压电性能，设计了NBN／AIN／NBN三层结构的谐振器，并进行了数值模拟．