阴极离子镀制备TiN薄膜及其光电性能的研究

作者:陈胜男;林威豪;汪建勋;宋晨路;韩高荣; 刊名:燕山大学学报 上传者:刘宏

【摘要】氮化钛(TiN)由于其独特的物理、化学、光、电和机械等性能,近年来已成为材料研究热点.本文采用阴极离子镀膜法在304不锈钢基片上制备均匀致密的TiN薄膜.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、扫描探针显微镜、紫外可见分光光度计、红外光谱仪等方法研究了薄膜的物相、结构以及光电特性.结果表明,薄膜主要物相为TiN,在(111)晶面具有取向性,同时薄膜中含有少量的O杂质.薄膜表面较平整,颗粒结合紧密,有部分孔洞和小尺寸突起,表面粗糙度Rq约为21.21 nm,薄膜平均厚度约为0.896μm,在红外波段的反射率可达到80%以上,红外辐射率约为0.19,椭偏结果显示TiN薄膜的消光系数k和折射率n与Ag有相似的光学特性,是一种性能优异的低辐射镀膜材料.

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第 4 1 卷 第 4 期 2 0 17 年 7 月 燕山大学学报 Journal of Yanshan University Vol. 41 No. 4 July 2017 文章编号:1 〇〇7-791X ( 20 17 ) 04-0371-06 阴极离子镀制备TiN薄膜及其光电性能的研究 陈胜男匕2,林威豪以,汪建勋以,宋晨路以,韩高荣以, ( 1 .浙江大学材料科学与工程学院,浙江抗州310027;2.浙江大学硅材料国家重点实验室,浙江抗州310027) 摘 要 :氮化钛(T iN )由于其独特的物理、化学、光、电和机械等性能,近年来已成为材料研究热点。本文采用阴 极离子镀膜法在304不锈钢基片上制备均匀致密的TiN薄膜。采用X 射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显 微镜、扫描探针显微镜、紫外可见分光光度计、红外光谱仪等方法研究了薄膜的物相、结构以及光电特性。结果 表明,薄膜主要物相为TiN ,在(111)晶面具有取向性,同时薄膜中含有少量的0 杂质。薄膜表面较平整,颗粒 结合紧密,有部分孔洞和小尺寸突起,表面粗糙度 ' 约为21.21 nm ,薄膜平均厚度约为0.896 pm,在红外波段 的反射率可达到80%以上,红外辐射率约为0 .19 ,椭偏结果显示TiN 薄膜的消光系数A 和折射率™ 与 A g有相 似的光学特性,是一种性能优异的低辐射镀膜材料。 关键词:阴极离子溅射;TiN薄膜;低辐射;光电性能 中图分类号:TB43;TU 524 文献标识码:A DOI: 10.3969/j.issn.1007-791X .2017.04.014 0 引言 氮化钛的禁带宽度为3.35 eV〜3.45 eV,氮化 钛薄膜既具有共价化合物的高熔点、高硬度、良好 的热稳定性以及耐腐蚀性等特点,又具备金属所 特有的良好热导性和电导性,已在切割刀具的保 护涂层、金色装饰膜、大规模集成电路的介质阻挡 层等方面得到广泛应用,是一种性能优异、极具发 展潜力和广泛应用前景的材料[14]。 TiN薄膜常用的制备方法有化学气相沉积 法[5]、溶胶凝胶法[6—8]、磁控溅射法[9]等,由于化学 法制备TiN薄膜采用的前驱体多为钛的酰胺配合 物,在空气和湿气中极易发生水解,在薄膜的制备 和热处理过程中要求低的氧含量,部分要求NH3 气氛,实验条件苛刻且存在一定的危险性,不适合 大规模镀膜的生产。阴极离子溅射法是一种物理 气相沉积技术,能够获得结合性能较好的薄膜,以 薄膜组分中的金属作为靶材,%气作为反应气体, 能够实现大面积与大规模薄膜的制备,并且成膜 效率高,循环性能好。 本文采用阴极离子溅射的方法在304不锈钢 表面制备了均勻致密的TiN涂层,采 用 X 射线衍 射 、X 射线光电子能谱、扫描电子显微镜、透射电 子显微镜、扫描探针显微镜、紫外可见分光光度 计 、红外光谱仪等方法研究了薄膜的物相、结构以 及光电特性,重点研究了薄膜的光电性能与微观 结构之间的关系,为设计开发基于TiN的低辐射 镀膜提供了基础数据和技术路径。 1 实验 1.1 样品制备 选用304不锈钢片作为基体,经抛光处理后, 放人丙酮和酒精溶液超声波清洗10 min,除去基 体表面杂质和油脂,再经恒温烘干后,放人PVT镀 工艺过程:1 )将真空室抽至极限真空度为2X10-3 Pa左右;2)开启冷却循环系统,采用质量流量控 制器控制保护气体(Ar气 )至 SxlO-'Pa,保 持 Ti 收稿日期:2017-05-04 责任编辑:孙峰 基金项目:“十三五”国家重点研发计划资助项目(2016YFB03039

参考文献

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