下载文档原格式
《闭合场非平衡磁控溅射沉积的CrAlN薄膜组织结构和性能研究》篇一摘要：本文采用闭合场非平衡磁控溅射技术，制备了CrAlN薄膜材料，并对其组织结构及性能进行了深入研究。
通过实验分析，探讨了薄膜的微观结构、晶体取向、表面形貌以及力学、电学等性能，为CrAlN薄膜在微电子、光电子等领域的应用提供了理论依据和实验支持。
一、引言CrAlN薄膜因其良好的力学性能、化学稳定性和优越的电子传输特性，在微电子、光电子等领域有着广泛的应用前景。
近年来，随着科技的发展，薄膜制备技术的不断进步，闭合场非平衡磁控溅射技术因其制备的薄膜质量高、制备工艺简单等优点而受到广泛关注。
本文旨在利用此技术制备CrAlN薄膜，并对其组织结构和性能进行深入研究。
二、实验方法1. 材料准备：选择合适的靶材和基底材料，并进行预处理。
2. 制备工艺：采用闭合场非平衡磁控溅射技术，通过调整溅射功率、气氛压力等参数，制备CrAlN薄膜。
3. 结构表征：利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对薄膜的组织结构进行表征。
4. 性能测试：通过硬度测试、电导率测试等手段对薄膜的力学、电学等性能进行测试。
三、结果与讨论1. 组织结构分析通过XRD分析，观察到CrAlN薄膜具有明显的晶体结构特征，呈现出典型的面心立方结构。
同时，通过SEM观察，薄膜表面平整，无明显缺陷。
这表明闭合场非平衡磁控溅射技术能够有效制备出高质量的CrAlN薄膜。
2. 晶体取向与微观结构在薄膜的晶体取向方面，观察到（111）晶面为优势取向，表明在非平衡磁控溅射过程中，（111）晶面生长速度较快。
同时，在微观结构上，观察到晶粒大小均匀，晶界清晰。
3. 力学性能分析硬度测试结果表明，CrAlN薄膜具有较高的硬度值，显示出良好的力学性能。
这主要归因于其紧密的晶体结构和均匀的晶粒分布。
4. 电学性能分析电导率测试显示，CrAlN薄膜具有良好的电导性能。
这得益于其良好的晶体结构和较高的载流子浓度。
《闭合场非平衡磁控溅射沉积的CrAlN薄膜组织结构和性能研究》篇一一、引言随着现代微电子和光电子技术的发展，薄膜材料因其独特的物理和化学性质，在诸多领域展现出巨大的应用潜力。
其中，CrAlN薄膜作为一种重要的功能性薄膜材料，在表面涂层、电磁屏蔽以及光学器件等方面具有广泛的应用。
而沉积技术的选择对薄膜的组织结构和性能具有关键性影响。
本研究采用闭合场非平衡磁控溅射技术制备CrAlN薄膜，对其组织结构和性能进行深入研究。
二、闭合场非平衡磁控溅射技术闭合场非平衡磁控溅射技术是一种先进的薄膜制备技术，其特点在于高能离子在强磁场的作用下高速撞击靶材，从而实现薄膜的沉积。
该技术具有沉积速率快、成膜均匀、与基底附着力强等优点。
通过调整溅射功率、气体流量、基底温度等参数，可以有效地控制薄膜的成分和结构。
三、实验方法本实验采用闭合场非平衡磁控溅射系统，以CrAl合金作为靶材，在适当的工艺参数下进行薄膜的沉积。
通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）以及透射电子显微镜（TEM）等手段对薄膜的组织结构进行观察和分析，同时通过测量薄膜的硬度、电阻率、光学性能等指标评估其性能。
四、结果与讨论1. 组织结构分析经过XRD分析，CrAlN薄膜呈现典型的面心立方结构，晶粒尺寸均匀，无明显缺陷。
SEM和TEM观察显示，薄膜表面平整，晶粒排列紧密，无明显孔洞或裂纹。
这表明闭合场非平衡磁控溅射技术能够有效地制备出组织结构良好的CrAlN薄膜。
2. 性能分析对CrAlN薄膜的性能进行测量，结果显示其硬度较高，具有较好的耐磨性；电阻率适中，适用于电子器件的制造；在光学性能方面，薄膜具有良好的透光性和反射性能，可用于光学器件的制备。
此外，通过对不同工艺参数下制备的薄膜进行比较，发现溅射功率和基底温度对薄膜的性能具有显著影响。
五、结论本研究采用闭合场非平衡磁控溅射技术制备了CrAlN薄膜，对其组织结构和性能进行了深入研究。
结果表明，该技术能够有效地制备出组织结构良好、性能优异的CrAlN薄膜。
《闭合场非平衡磁控溅射沉积的CrAlN薄膜组织结构和性能研究》篇一摘要：本文以闭合场非平衡磁控溅射技术为手段，对CrAlN薄膜的组织结构和性能进行了深入研究。
通过系统地控制溅射参数，我们成功地制备了高质量的CrAlN薄膜，并对其结构、成分、微观形貌以及物理性能进行了全面分析。
本文旨在为闭合场非平衡磁控溅射技术在薄膜材料制备领域的应用提供理论依据和实验支持。
一、引言随着现代科技的快速发展，薄膜材料因其优异的物理、化学和机械性能在众多领域得到了广泛应用。
CrAlN薄膜作为一种重要的功能性薄膜材料，在微电子、光学、传感器等领域有着广泛的应用前景。
本文采用闭合场非平衡磁控溅射技术制备CrAlN薄膜，并对薄膜的组织结构和性能进行系统研究，为进一步优化薄膜性能和应用提供理论支持。
二、实验方法1. 材料准备：选用高纯度的Cr、Al金属靶材和N2气体作为溅射源。
2. 设备选择：采用闭合场非平衡磁控溅射设备进行薄膜制备。
3. 工艺参数：通过调整溅射功率、气体流量、基片温度等参数，控制薄膜的制备过程。
4. 样品制备：在基片上沉积CrAlN薄膜，并对其厚度和均匀性进行控制。
三、薄膜组织结构分析1. X射线衍射（XRD）分析：通过对CrAlN薄膜进行XRD 分析，观察到了明显的衍射峰，表明薄膜具有较高的结晶度和良好的取向性。
2. 扫描电子显微镜（SEM）观察：利用SEM观察了CrAlN 薄膜的表面形貌，发现薄膜表面平整致密，颗粒分布均匀。
3. 透射电子显微镜（TEM）分析：通过TEM观察了薄膜的内部结构，发现晶粒内部结构致密，无明显缺陷。
四、薄膜性能研究1. 力学性能：通过对CrAlN薄膜进行硬度测试和摩擦系数测试，发现薄膜具有较高的硬度和良好的耐磨性能。
2. 化学稳定性：通过在腐蚀性介质中的浸泡实验，发现CrAlN薄膜具有较好的化学稳定性。
3. 光学性能：通过对CrAlN薄膜进行光谱分析，发现其具有优良的光学透过率和反射率。
中频非平衡磁控溅射制备dlc膜的工艺研究
近年来，随着纳米技术的发展，针对硬质材料的研究也得到了广泛关注。
其中，氢化非晶碳（DLC）膜具有优异的耐磨性、低摩擦系数和优良的化学稳定性，因此被广泛应用于涂层材料领域。
而中频非平衡磁控溅射是一种常用的制备DLC膜的方法。
中频非平衡磁控溅射是一种通过在真空环境下将目标材料置于磁场中，利用氩离子轰击目标材料表面并产生等离子体，使其蒸发并沉积在基底上的技术。
相比于其他制备方法，中频非平衡磁控溅射具有能量高、沉积速率快、薄膜致密性好等优点。
然而，制备DLC膜仍面临一些挑战。
首先，DLC膜的制备工艺需要精确控制氩离子束的能量和轰击时间，以控制溅射过程中碳离子的能量和通量，从而影响膜的成分和性能。
在中频非平衡磁控溅射过程中，需要通过调节磁场强度、气压和溅射功率等参数来实现这一目的。
其次，DLC膜的结构和性能也受到沉积速率的影响。
过高的沉积速率会导致膜内部应力的积累，从而影响膜的结构稳定性和机械性能。
因此，在中频非平衡磁控溅射制备DLC膜时，需要通过合理调节溅射功率和气压等参数，控制沉积速率，以得到具有理想结构和性能的膜。
此外，DLC膜的表面粗糙度也是一个需要关注的问题。
表面粗糙度直
接影响到膜的摩擦性能和光学特性。
针对这一问题，可以通过引入辅助电极或控制溅射功率分布来改善膜的表面质量。
综上所述，中频非平衡磁控溅射是一种制备DLC膜的有效方法，但在工艺过程中需要合理调节参数，以控制成分、结构和性能。
随着对DLC膜的深入研究，相信在未来会有更加先进和高效的制备工艺出现，推动DLC膜在涂层材料领域的广泛应用。
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
闭合磁场非平衡磁控溅射离子镀离化特性研究
应用闭合磁场非平衡磁控溅射离子镀系统，研究了溅射靶电流、偏压和Ar 流量对偏流密度的影响。
结果表明，偏流密度随着偏压和靶电流的升高而增大，但随偏压的提高偏流密度的增加趋势趋于平缓；偏流密度随着Ar 流量的增大而出现峰值。
磁控溅射离子镀（MS
离化率是指被电离的原子占全部溅射原子的百分比，是磁控溅射离子镀
过程中的一个重要指标。
特别是在活性反应离子镀时，离化率直接反映等离子体的活化程度。
溅射原子和反应气体的离化程度对镀层的各种性质，如附着力、硬度、耐热耐蚀性、结晶结构等，都产生直接的影响。
如何提高等离子体的密度或电离度，以降低气体放电的阻抗，从而在相
同的放电功率下获得更大的电流，也就是获得更多的离子轰击靶材和基体，关键在于如何充分的利用电子的能量，使其最大限度地用于电离。
不同离子镀方法因电离和激发方式不同，其离化率也差别较大。
闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术是在普通磁控溅射技术基础上发展起来的一种新型磁控溅射镀膜技术，它是对普通磁控溅射技术进行设备改良和工艺完善的产物。
一块磁控靶的N 极对应另一块靶的S 极，即闭合式结构，闭合式结构将靶系统边缘上的磁力线闭合在两块靶之间，构成逃逸电子的闭合阱，等离子体区域被有效限制在真空室中间区域，即基体所在区域，这样一方面，溅射出来的原子和粒子沉积在基片表面形成薄膜，另一方面，等离子体以一定的能量轰击基片，起到离子束辅助沉积的作用，极大地改善了薄膜质量。
因此，不仅具有普通磁控溅射（MS）过程稳定、控制方便和大面积膜厚均匀性的特点，而且克服了基片附近离子密度。
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟非平衡磁控溅射的结构和运用1985 年，Window 和Savvides 首先引入了非平衡磁控溅射的概念。
不久，多种不同形式的非平衡磁场设计相继出现，磁场有边缘强，也有中部强，导致溅射靶表面磁场的非平衡。
磁控溅射靶的非平衡磁场不仅有通过改变内外磁体的大小和强度的永磁体获得，也有由两组电磁线圈产生，或采用电磁线圈与永磁体混合结构，还有在阴极和基体之间增加附加的螺线管，用来改变阴极和基体之间的磁场，并以它来控制沉积过程中离子和原子的比例。
非平衡磁控溅射系统有两种结构，一种是其芯部磁场强度比外环高，磁力线没有闭合，被引向真空室壁，基体表面的等离子体密度低，因此该方式很少被采用。
另一种是外环磁场强度高于芯部磁场强度，磁力线没有完全形成闭合回路，部分外环的磁力线延伸到基体表面，使得部分二次电子能够沿着磁力线逃逸出靶材表面区域，同时再与中性粒子发生碰撞电离，等离子体不再被完全限制在靶材表面区域，而是能够到达基体表面，进一步增加镀膜区域的离子浓度，使衬底离子流密度提高，通常可达5 mA/cm2 以上。
这样溅射源同时又是轰击基体表面的离子源，基体离子束流密度与靶材电流密度成正比，靶材电流密度提高，沉积速率提高，同时基体离子束流密度提高，对沉积膜层表面起到一定的轰击作用。
非平衡磁控溅射离子轰击在镀膜前可以起到清洗工件的氧化层和其他杂质，活化工件表面的作用，同时在工件表面上形成伪扩散层，有助于提高膜层与工件表面之间的结合力。
在镀膜过程中，载能的带电粒子轰击作用可达到膜层的改性目的。
比如，离子轰击倾向于从膜层上剥离结合较松散的和凸出部位的粒子，切断膜层结晶态或凝聚态的优势生长，从而生更致密，结合力更强，更均。
第52卷第10期表面技术2023年10月SURFACE TECHNOLOGY·367·非平衡磁控溅射CrTiAlN涂层的制备及空蚀性能研究刘铭悦1，黄志全1，张习羽1，Ann Zammit2，Joseph Buhagiar2，Glenn Cassar2，王建明1，陈坚1*（1.东南大学 材料科学与工程学院，南京 211189；2.Department ofMetallurgy and Materials Engineering, University of Malta, Msida 2080, Malta）摘要：目的为缓解动力系统金属表面发生的空泡失效问题，提高水下装备推进系统在复杂多变环境中的综合服役性能，将涂层技术用于金属材料的表面防护。
方法基于正交实验设计，采用非平衡磁控溅射技术在AISI 316不锈钢基体上制备CrTiAlN涂层。
采用XRD、SEM、EDS和AFM等测试手段对涂层的物相、形貌、成分和表面粗糙度进行表征；采用维氏硬度计、划痕仪和洛氏硬度计对涂层的显微硬度和膜基结合力进行测试与评估；通过球–盘磨损实验、电化学测试和空蚀实验，分别评价涂层的耐干摩擦磨损、耐腐蚀和抗空蚀性能。
结果实验结果表明，利用正交试验设计调控Cr、Ti和Al靶电流，基于涂层硬度得到最佳靶电流分别为4、8、8 A，此时涂层显微硬度达到1 242HV0.01，纳米硬度为(17.00±0.99) GPa，远高于316不锈钢；涂层的摩擦因数和磨损率远低于316不锈钢；在质量分数为3.5%的NaCl溶液中，涂层的腐蚀电位较高，腐蚀电流较小，具有较好的耐腐蚀性能，采用涂层保护后316不锈钢的寿命得到显著提高；在空蚀实验后，316不锈钢的粗糙度从4.5 nm增至112.0 nm，并出现空蚀坑，而CrTiAlN涂层只出现了褶皱，其粗糙度从4.8 nm增至10.0 nm，仅在涂层缺陷处发生了零星剥落现象。
