碳氮基納米復(fù)合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì).pdf

1、碳氮薄膜以其良好的力學(xué)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，在磁盤(pán)磁頭保護(hù)、硬質(zhì)刀具、冷陰極發(fā)射、空間防護(hù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，納米級(jí)鐵磁性金屬顆粒薄膜體系、超硬納米級(jí)多層膜體系是凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。碳氮薄膜具有導(dǎo)電性可控以及高硬度等特點(diǎn)，嘗試在這些復(fù)合體系中使用碳氮材料具有重要意義。 本論文采用對(duì)向靶磁控濺射法制備了碳氮薄膜、過(guò)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(duì)它們的化學(xué)成份、微觀結(jié)構(gòu)、磁性質(zhì)、電輸運(yùn)特性和力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。 通過(guò)對(duì)純碳氮薄膜的研究，發(fā)現(xiàn)薄膜中的氮含量并不隨氮?dú)夥謮旱纳叨龃?，而是在氮?dú)夥謮簽?0％時(shí)達(dá)到飽和（33％）。純碳膜主要由sp3雜化的C原子組成，隨著氮?dú)夥謮旱纳撸嫉∧ぶ衧p2雜化的C原子數(shù)目增加，類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)區(qū)域的尺寸增大，薄膜結(jié)構(gòu)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(xué)和電學(xué)性質(zhì)主要由薄膜中的缺

3、陷態(tài)決定，而薄膜的力學(xué)性質(zhì)則與薄膜中sp3 C的含量密切相關(guān)。 在室溫下采用共濺射法制備了系列過(guò)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(guān)的低溫磁電阻顯著增強(qiáng)現(xiàn)象，磁電阻在3K和90 kOe的磁場(chǎng)下可以達(dá)到-59％。在外加磁場(chǎng)由0增大至90 kOe的過(guò)程中，薄膜的磁電阻一直增大，出現(xiàn)弱飽和現(xiàn)象；當(dāng)溫度高于20 K后，薄膜的磁電阻都接近于0；而當(dāng)溫度低于20 K時(shí)，磁電阻隨溫

4、度的降低而急劇增大，并遵循log｜MR｜∝-T關(guān)系。通過(guò)改變碳氮母體的絕緣性以及磁性金屬含量可以對(duì)磁電阻進(jìn)行調(diào)制，而磁電阻隨磁場(chǎng)和溫度的變化關(guān)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(guān)系P= P0 exp（-βTα），我們解明了低溫磁電阻增強(qiáng)現(xiàn)象的物理機(jī)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(jié)晶而大幅度提高，這說(shuō)明非晶態(tài)和晶態(tài)薄膜的形變過(guò)程不同，只有當(dāng)多層膜的晶態(tài)物質(zhì)占一