射频磁控溅射制备金属/CrN薄膜及其特性研究

摘要

本研究采用射频磁控溅射技术,通过改变溅射功率、N2气流量百分比、衬底偏压及溅射压强等沉积参数,分别在Si（100）、ITO玻璃衬底及Cr、Ti金属缓冲层上,成功制备了结晶良好的CrN薄膜（记为CrN（Si）、CrN（ITO）、Cr/CrN和Ti/CrN）.通过X射线衍射分析,我们得到了沿（111）方向择优生长的CrN薄膜的最佳沉积参数,并且CrN薄膜中没有出现Cr、Cr2N、Ti及TiN相关的衍射峰.随着沉积参数的改变,严重影响薄膜结晶度的同时,也使得薄膜内部的残余应力发生改变,进而影响了CrN薄膜的晶格常数和晶粒尺寸.最佳沉积参数下CrN（Si）、CrN（ITO）、Cr/CrN及Ti/CrN薄膜的平均晶粒尺寸分别为：21.72、21.52、39.15和19.08nm.。通过扫描电子显微镜分析可知，CrN（Si）、Cr/CrN及Ti/CrN薄膜表面结构致密,晶粒呈典型的正四面体棱锥结构,而CrN（ITO）薄膜致密的表面具有典型的苞状结构.经高温热处理后Cr/CrN薄膜表面破坏程度最为严重。结合能量色散X射线光谱及X射线光电子能谱分析可知,退火后薄膜的主要化学组成由CrN向Cr2N转变,且Cr相关信息消失,但氧化物的含量没有发生明显的改变,这说明800℃高温下,薄膜仍具有良好的抗氧化性。结合电阻率分析可知,薄膜的电阻率与薄膜的结晶质量成正比.最佳沉积参数下CrN（Si）、CrN（ITO）、Cr/CrN及Ti/CrN薄膜的电阻率大小分别为：2.75、1.58、0.18和0.78Ω.cm.且随着沉积参数的改变，CrN（Si）薄膜的电阻率呈指数变化,其他薄膜中均呈倍数关系.此外,溅射功率及溅射压强发生改变时,薄膜的电阻率发生明显的改变。结合反射光谱分析可知,随着沉积参数的改变，CrN（Si）薄膜的反射率的变化规律与CrN（111）方向择优生长相一致,且反射率的最大值出现在波长为1130 nm处的近红外区域,最佳沉积参数下薄膜的最高反射率为31.1％.然而随着沉积参数的改变，CrN（ITO）薄膜的反射率与薄膜的结晶质量成反比,且在波长为895 nm处薄膜具有最大反射率25.5%。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 CrN薄膜结构及其特性

1.2 单层CrN薄膜研究现状

1.3 多层CrN薄膜研究现状

1.4 论文的研究目的及意义

第二章 CrN薄膜的制备、高温热处理技术及表征方法

2.1 CrN 薄膜的制备技术

2.2 CrN 薄膜的高温热处理技术

2.3 CrN薄膜的表征方法

第三章 Si（100）及ITO玻璃衬底上CrN薄膜的制备及其特性研究

3.1 Si衬底上CrN薄膜的制备及其特性研究

3.2 ITO玻璃衬底上CrN薄膜的制备及其特性研究

第四章 金属/CrN多层薄膜的制备及其特性研究

4.1 Cr/CrN多层薄膜的制备及其特性研究

4.2 Ti/CrN多层薄膜的制备及其特性研究

第五章 结论

参考文献

致谢

附录A:攻读硕士期间发表的文章