ZrSiN纳米复合膜的显微结构、力学性能和强化机理

摘要

利用磁控溅射方法,采用不同成分的Z r S i复合靶,在单晶硅基底片上沉积不同S i 含量的Z rSiN 纳米复合膜. 利用X 射线衍射仪（X R D ）、扫描电子显微镜（S E M ）、高分辨透射电子显微镜（H R T E M ）和纳米压痕仪等表征测试方法研究了 S i 含量对Z rSiN 纳米复合膜微观结构和力学性能的影响. 结果表明：随着Z rSiN 薄膜中S i 含量的增加,薄膜结晶程度先升高后降低,同时薄膜硬度和弹性模量先上升后下降;当S i 与Z r 的原子比为1 ： 2 4 时,Z rSiN 薄膜的硬度和弹性模量达到最大值3 1 . 6 G P a和3 20. 6 GPa,此时Z rSiN 薄膜内部形成Si3 N4 界面相包裹Z rN 纳米晶粒的纳米复合结构;Si3N3界面相呈结晶态协调邻近Z rN 纳米晶粒间的位向差,并与Z rN 纳米晶粒之间形成共格外延生长,表明Z rSiN 纳米复合膜的强化来源于Z rN 纳米晶粒和Si3N4 界面相之间形成共格外延生长界面.