高功率脈沖磁控濺射因離化率高,可制備組織致密、結(jié)合力好的薄膜,在機械件表面功能涂層的制備方面頗具潛力,但較低的沉積速率使其產(chǎn)業(yè)化推廣受限。針對高功率脈沖磁控濺射沉積速率低的技術不足,依據(jù)靶面晶界、缺陷等區(qū)域電子逸出功顯著低于晶粒內(nèi)部的事實,擬通過調(diào)控靶面電子逸出總量,使靶面電子在低逸出功處高密度脫出,加之焦耳熱進一步增大熱電子逸出活性形成焦耳熱-電子熱發(fā)射之間互增強效應,電子熱發(fā)射過程中會伴隨鍍料粒子熱發(fā)射脫靶,由此增加了陰陽極間鍍料粒子和電子的數(shù)量,為同步提升鍍料粒子離化率和沉積速率創(chuàng)造了條件�；谝陨涎芯克枷�,展開了以下研究工作:本文以電子熱發(fā)射的臨界溫度Te為界,選擇三種不同熔點的金屬靶材（TA1<Te、TCu≈Te、TTi>Te）作為研究對象,利用高頻振蕩脈沖電場在不同靶電流下制備多組純金屬薄膜,研究鍍料粒子脫靶方式隨靶電流變化時的攜變規(guī)律,分析靶電流對薄膜微觀結(jié)構、力學性能及耐蝕性的影響機理。利用激光共聚焦對靶面微觀形貌進行表征,利用XRD、SEM對薄膜晶體結(jié)構和微觀形貌進行分析,利用納米壓痕儀、洛氏壓痕、四探針電阻及電化學工作站對薄膜力學及物理性能進行分析。研究... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

氣體放電的伏安特性曲線

源，加載于基體與腔體之間，是引發(fā)等離子體轟擊基體的能量源�？赏ㄟ^偏壓電場來調(diào)控等離子體轟擊基體的數(shù)量及能量，以此實現(xiàn)薄膜沉積過程的控制。脈沖偏壓電源具有滅弧功能，可有效避免基體或工件表面產(chǎn)生的打弧現(xiàn)象，減少電弧對基體或工件表面產(chǎn)生的損傷�？刂葡到y(tǒng)可分別進行手動控制和自動控制，兩種模式均可對系統(tǒng)和電源系統(tǒng)進行反饋與控制，同時提供冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)以及電源的實時監(jiān)控與防護。冷卻循環(huán)系統(tǒng)包含靶材背面冷卻循環(huán)水和腔壁及分子泵冷卻水路，主要是為靶材、腔體和高速運轉(zhuǎn)的分子泵系統(tǒng)提供冷卻。圖2-1MAIP-001型磁控濺射離子鍍系統(tǒng)Fig.2-1MHIP-001typemagnetronsputteringionplatingsystem2.2實驗用材及預處理實驗選用自身物理性能差異較大的三種金屬靶材作為研究對象，分別為Al靶，Cu靶以及Ti靶，靶材尺寸為170mm8mm的圓形�；w材料選擇高速鋼片和P型（100），向的單晶Si片。為了進行不同檢測，兩種基體選取不同的尺寸，其中高速鋼片尺寸為

∧さ撓捕群偷?閱Ａ勘匭虢?兇既凡饈�。纳米�?痕試驗（Nanoindentation）被廣泛應用于厚度較薄的膜層或特殊樣品表面微區(qū)的硬度及彈性模量測試。該試驗采用具有精度極高的力學傳感器記錄壓頭在連續(xù)加載和卸載過程中載荷-位移變化，通過計算便可獲得薄膜的顯微硬度和彈性模量[48]。根據(jù)載荷-位移曲線不僅能夠計算出材料的硬度和彈性模量，還可得到斷裂韌性和蠕變性能等多項力學性能指標[49]。目前，納米壓痕測試方法主要分為兩種：Oliver-Pharr法和連續(xù)剛度法。A-試樣；B-壓頭；C-加載線圈；D-壓頭阻尼；E-電容位移傳感器圖2-2納米壓痕系統(tǒng)裝置[51]Fig.2-2Theinstallationdiagramofthenano-indentationsystem[51]本次實驗采用美國安捷倫公司（AligentTechnologies）生產(chǎn)的Nano-IndenterG200型納米壓痕儀測試薄膜的硬度和彈性模量，利用靜態(tài)法和限定壓入深度模式測試，選取的壓入深度約為薄膜厚度的1/8，該裝置如圖2-2所示。測試條件：采用Berkovich三棱錐金剛石壓頭，載荷分辨率為50nN，位移分辨率小于0.01nm，Al、Cu、Ti的泊松比分別為0.34、0.33、0.33。硬度是衡量薄膜力學性能優(yōu)劣的指標之一，對于純金屬薄膜而言，硬度的大小取決于薄膜的晶粒尺寸、致密性、殘余內(nèi)應力以及膜層厚度。本次實驗采用納米壓痕檢測不同電流強度下的硬度與彈性模量，實驗選取5個不同的點進行測量后取平均值。2.5.5膜基結(jié)合強度測定薄膜與基體的結(jié)合強度是評價薄膜質(zhì)量的一個重要指標，薄膜具有良好的結(jié)合強度是保證薄膜其他性能得以應用的先決條件。常見的評價膜基結(jié)合強度的方法有拉伸實驗法、彎曲實驗法、斷裂力學實驗法、壓痕實驗法、劃痕實驗法和壓痕-劃痕實驗法等[50]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]銀靶電流及濺射偏壓對濺射沉積Cu/Ag薄膜導電性能的影響研究[J]. 張麗俊,田武,常勇強,任偉寧,張長軍,鮑明東.  真空科學與技術學報. 2019(12)
[2]納米壓痕法測定NiTi形狀記憶合金表面氧化膜納米硬度和彈性模量[J]. 汪利斌,秦黎,聞寄勤,丁錫鋒.  熱加工工藝. 2019(06)
[3]Ti過渡層對NbSe2薄膜潤滑-導電性能的影響[J]. 劉金玉,隋旭東,張帥拓,徐書生,郝俊英.  摩擦學學報. 2018(06)
[4]數(shù)字示波器的工作原理淺析[J]. 曹勇.  智能城市. 2016(07)
[5]腐蝕電化學原理(第三版)[J]. 曹楚南.  腐蝕科學與防護技術. 2008(03)
[6]納米壓痕技術及其試驗研究[J]. 朱瑛,姚英學,周亮.  工具技術. 2004(08)
[7]薄膜中異常晶粒生長理論及能量各向異性分析[J]. 張建民,徐可為,張美榮.  物理學報. 2003(05)
[8]面心立方多晶薄膜中應變能密度對晶粒取向的依賴[J]. 張建民,徐可為.  物理學報. 2002(11)

博士論文
[1]微弧區(qū)間伏安特性對Ti及TiN鍍層結(jié)構與性能的影響[D]. 楊超.西安理工大學 2017

碩士論文
[1]集成電路互連用超高純銅及銅錳合金微觀組織及織構研究[D]. 關沖.北京有色金屬研究總院 2016



本文編號：3306479