碳氮基納米復合薄膜的微觀結構和性質.pdf

1、碳氮薄膜以其良好的力學、電學和光學性質，在磁盤磁頭保護、硬質刀具、冷陰極發(fā)射、空間防護等領域具有廣闊的應用前景。目前，納米級鐵磁性金屬顆粒薄膜體系、超硬納米級多層膜體系是凝聚態(tài)物理和材料科學領域的研究熱點。碳氮薄膜具有導電性可控以及高硬度等特點，嘗試在這些復合體系中使用碳氮材料具有重要意義。 本論文采用對向靶磁控濺射法制備了碳氮薄膜、過渡族金屬（Ni、Fe、Co、Cu、Ti）-碳氮基納米顆粒薄膜以及氮化鈦/碳氮（TiN/CN）多

2、層膜，對它們的化學成份、微觀結構、磁性質、電輸運特性和力學性質進行了系統(tǒng)研究。 通過對純碳氮薄膜的研究，發(fā)現(xiàn)薄膜中的氮含量并不隨氮氣分壓的升高而增大，而是在氮氣分壓為20％時達到飽和（33％）。純碳膜主要由sp3雜化的C原子組成，隨著氮氣分壓的升高，碳氮薄膜中sp2雜化的C原子數(shù)目增加，類石墨結構區(qū)域的尺寸增大，薄膜結構趨于有序化。薄膜中的環(huán)狀sp2層的尺寸始終很小，并且薄膜中存在著大量缺陷。薄膜的光學和電學性質主要由薄膜中的缺

3、陷態(tài)決定，而薄膜的力學性質則與薄膜中sp3 C的含量密切相關。 在室溫下采用共濺射法制備了系列過渡族金屬-碳氮基納米顆粒薄膜。在磁性金屬（Fe、Co、Ni）-碳氮基納米顆粒薄膜中觀察到了自旋相關的低溫磁電阻顯著增強現(xiàn)象，磁電阻在3K和90 kOe的磁場下可以達到-59％。在外加磁場由0增大至90 kOe的過程中，薄膜的磁電阻一直增大，出現(xiàn)弱飽和現(xiàn)象；當溫度高于20 K后，薄膜的磁電阻都接近于0；而當溫度低于20 K時，磁電阻隨溫

4、度的降低而急劇增大，并遵循log｜MR｜∝-T關系。通過改變碳氮母體的絕緣性以及磁性金屬含量可以對磁電阻進行調制，而磁電阻隨磁場和溫度的變化關系并不改變?；诟唠A隧穿模型，考慮新的自旋極化率隨溫度的變化關系P= P0 exp（-βTα），我們解明了低溫磁電阻增強現(xiàn)象的物理機制。 在TiN/CN多層膜中觀察到“超硬度現(xiàn)象”。多層膜的硬度隨著氮化鈦層的結晶而大幅度提高，這說明非晶態(tài)和晶態(tài)薄膜的形變過程不同，只有當多層膜的晶態(tài)物質占一