N_2分压对磁控溅射NbN薄膜微结构与力学性能的影响

摘要

采用反应磁控溅射法在不同的氮分压下制备了一系列NbN薄膜.用XRD和TEM表征了薄膜的相组成和微观结构,力学探针测量了薄膜的硬度和弹性模量,AFM观察了薄膜的表面形貌并测量了压痕尺寸以校验硬度值的准确性.研究了氮分压对薄膜相组成、微结构和力学性能的影响.结果表明,氮分压对薄膜的沉积速率、相组成、硬度和弹性模量均有明显的影响:低氮分压下,薄膜的沉积速率较高,制备的薄膜样品为六方β-Nb2N和立方δ-NbN两相结构;随氮分压的升高,薄膜形成δ-NbN单相组织,相应地,薄膜获得最高的硬度(36.6GPa)和弹性模量(457GPa);进一步升高氮分压,获得的薄膜为δ-NbN和六方ε-NbN的两相组织,其硬度和模量亦有所降低.