摻雜氮化銅（Cu-,3-N）光記錄薄膜及Al-TiN納米多層膜的制備與性能研究.pdf

1、本論文以納米薄膜材料的制備和應(yīng)用為背景，制備兩種不同的功能薄膜材料。內(nèi)容主要分為兩大部分，第一部分是摻雜氮化銅(Cu3N)薄膜的制備及光電性能，特別是熱穩(wěn)定性能的研究；第二部分是Al/TiN納米多層膜的制備和機(jī)械性能及摩擦磨損性能的研究。 用柱狀靶直流磁控反應(yīng)濺射法，室溫下在玻璃基底上成功制備了Ti、Fe、Mn摻雜Cu3N薄膜。系統(tǒng)地研究了不同元素及同一元素不同摻雜量對Cu3N薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、光電特性，特別是熱穩(wěn)定性的

2、影響。研究結(jié)果表明： 1) 一定量Ti、Fe、Mn的摻入導(dǎo)致Cu3N薄膜擇優(yōu)生長方向由未摻雜樣品的(111)轉(zhuǎn)變?yōu)?100)，薄膜中的晶粒長大，薄膜質(zhì)量提高，這是由于它們的摻入促進(jìn)了薄膜中未完全反應(yīng)的Cu與N充分反應(yīng)引起的；從Fe摻雜的結(jié)果可以看出，過量的摻雜，會(huì)嚴(yán)重破壞氮化銅的晶格，不利于晶粒的長大和薄膜的結(jié)晶。 2) 一定量的Ti、Fe、Mn摻雜的Cu3N薄膜表面由均勻顆粒緊密排列組成。它們的摻入導(dǎo)致薄膜表面晶粒的形

3、狀發(fā)生變化，這種變化對應(yīng)其擇優(yōu)生長方向的變化。具有明顯擇優(yōu)生長方向的Ti、Fe、Mn摻雜Cu3N薄膜斷面的柱狀結(jié)構(gòu)較為明晰。 3)結(jié)合Ti、Fe、Mn的摻入導(dǎo)致晶格常數(shù)減小和XPS結(jié)果分析表明，Ti以單質(zhì)態(tài)被隔離在薄膜中的晶界位置；Fe元素以多種形式存在于Cu3N薄膜，但絕大多數(shù)Fe以替代Cu或被隔離在晶界位置的形式而存在；絕大多數(shù)Mn也是以替代Cu或被隔離在晶界位置的形式而存在于薄膜中。 4)1.0 at.％Ti和1.

4、5 at.％Mn的摻雜提高了薄膜的熱穩(wěn)定性，而Fe的任何摻雜量都導(dǎo)致Cu3N薄膜的熱穩(wěn)定性降低。相對未摻雜樣品，1.0 at.％Ti，1.5at.％Fe和1.5 at.％Mn摻雜的Cu3N薄膜分解后的Cu膜的質(zhì)量較好。 5)Ti和Fe摻雜可以在很大范圍內(nèi)調(diào)整其電學(xué)性能，特別是電阻率。Mn的摻入并沒有造成電阻率的大范圍改變，只是在同一數(shù)量級上變化。 6)Ti、Fe、Mn摻雜都可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整薄膜光學(xué)能隙。Fe和Mn熱分

5、解前后的薄膜光學(xué)常數(shù)的差異很大，滿足光存儲(chǔ)材料的要求。 采用直流磁控濺射和陰極弧磁過濾等離子體沉積技術(shù)相結(jié)合，室溫下在單晶硅(100)襯底上制備了一系列不同TiN層厚度的Al/TiN軟硬交替納米多層膜。所制備多層膜樣品都具有明顯的多層結(jié)構(gòu)。隨著TiN層的增厚，TiN層結(jié)晶質(zhì)量變好，但無明顯的擇優(yōu)生長方向。Al層一直以非晶或納米晶的結(jié)構(gòu)形式存在于多層膜中。不同調(diào)制比的多層膜的表面的均由尺寸在15-25 nm的晶粒致密排列組成。所有