磁控濺射法制備氮化鈦薄膜及其結(jié)構(gòu)與電性能研究.pdf

1、氮化鈦是過渡金屬氮化物，它由離子鍵、金屬鍵和共價(jià)鍵混合而成，它具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、耐酸堿侵蝕、耐磨損以及良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和優(yōu)良的光學(xué)性能等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于制備金屬陶瓷、切削工具、模具、熔煉金屬用坩堝、熔鹽電解金屬用電極的襯里材料、電觸點(diǎn)和金屬表面的被覆材料以及太陽能選擇性透射膜。 本文采用直流反應(yīng)磁控濺射法在P型Si(111)基底上制備TiN薄膜，采用單參數(shù)變化法研究工藝參數(shù)對所制備的TiN薄膜的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的

2、影響。通過正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究各參數(shù)對薄膜導(dǎo)電性能的影響程度，并分別研究濺射電流、氬氣與氮?dú)饬髁勘群突诇囟葘iN單層薄膜及Ti/TiN雙層薄膜的組分、結(jié)晶取向、表面形貌、電學(xué)性能的影響，分析并總結(jié)了濺射TiN薄膜工藝參數(shù)變化對薄膜性能的影響規(guī)律，為高性能TiN薄膜的制備提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 本文的研究表明，對于TIN單層薄膜，改變?yōu)R射電流所制備的薄膜主要成分為立方相TiN，濺射電流為0.35A時(shí)是擇優(yōu)取向由(111)向(200)轉(zhuǎn)

3、變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，隨著濺射電流的增大，薄膜厚度和均方粗糙度增大，電阻率先減小后增大；改變氬氣與氮?dú)饬髁勘人苽涞谋∧ぶ饕煞质?200)擇優(yōu)取向的立方相TiN，隨著氬氣與氮?dú)饬髁勘鹊脑黾?，薄膜厚度逐漸增大，而表面粗糙度與電阻率先減小后增大，當(dāng)氬氣與氮?dú)饬髁勘葹?5:1時(shí)，薄膜表面粗糙度和電阻率達(dá)到最小值；改變基底溫度所制備的薄膜主要成分為立方相TiN，240℃附近是擇優(yōu)取向由(111)向(200)轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)，隨著基底溫度的升高，TiN薄膜的

4、電阻率顯著降低。 對于Ti/TiN雙層薄膜，改變?yōu)R射電流所制備的薄膜由密排六方結(jié)構(gòu)的Ti，四方結(jié)構(gòu)的Ti2N和面心立方結(jié)構(gòu)的TiN三相組成，隨著濺射電流的增大，電阻率顯著減??；改變氬氣與氮?dú)饬髁勘人苽涞谋∧び擅芘帕浇Y(jié)構(gòu)的Ti和面心立方結(jié)構(gòu)的TiN兩相組成，隨著氬氣與氮?dú)饬髁勘鹊脑龃?，?dǎo)電性能逐漸變好。Ti/TiN雙層薄膜的顆粒平均粒徑與表面粗糙度均小于TiN單層薄膜，而其電阻率與TiN單層薄膜相比更大。 本論文的研究