氮化鈦薄膜的制備及其光、電性能的研究.pdf

1、氮化鈦(TiNx)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，它獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出高硬度、高熔點(diǎn)、化學(xué)穩(wěn)定性高以及優(yōu)良導(dǎo)電性能和紅外波段較高光學(xué)反射率使它在切削工具、裝飾和抗摩擦等方面得到越來越廣泛的應(yīng)用和研究。其中TiNx薄膜的高硬度、耐熱、耐磨、耐腐蝕性在國內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛的研究，TiNx薄膜的電學(xué)和光學(xué)性能方面有待進(jìn)一步的深入研究。 本文采用直流反應(yīng)磁控濺射法在P型Si(111)基底上制備TiNx薄膜，采用

2、單參數(shù)變化法研究工藝參數(shù)對所制備的TiNx薄膜的結(jié)構(gòu)和電學(xué)、光學(xué)特性的影響。分別改變腔體氣壓、基底溫度、氬氣/氮?dú)饬髁勘群蜑R射電流四個(gè)工藝參數(shù)制備樣品，并用X射線衍射(XRD)分析樣品的物相，原子力顯微鏡(AFM)分析薄膜的表面形貌，臺(tái)階儀測量TiNx薄膜厚度，四探針測試儀測量薄膜的方塊電阻和紫外可見分光光度計(jì)測定薄膜的反射率。研究了這四個(gè)工藝參數(shù)對TiNx薄膜組分、結(jié)晶取向、表面形貌、導(dǎo)電性能以及可見-近紅外波段光學(xué)反射率的影響，主要

3、工作內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 1.腔體氣壓對TiNx薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響 在其它工藝參數(shù)不變的情況下，改變腔體氣壓沉積TiNx薄膜。結(jié)果表明，此時(shí)TiNx薄膜的主要成分為立方相TiN，具有(200)擇優(yōu)取向，隨著腔體氣壓增大，TiNx薄膜的晶格常數(shù)和電阻率增大，而薄膜厚度和近紅外波段平均反射率減小。分別由XRD和AFM計(jì)算得到的平均顆粒尺寸相吻合，最大相對誤差小于10％。 2.基底溫度對TiNx薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響

4、 在其它工藝參數(shù)不變的情況下，改變基底溫度(150-360℃)濺射沉積TiNx薄膜。結(jié)果顯示：薄膜的主要成分為立方相TiN，240℃附近是TiNx薄膜結(jié)晶擇優(yōu)取向由(111)向(200)轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)。隨著基底溫度的升高，TiNx薄膜的電阻率隨著基底溫度的升高而顯著降低，而近紅外波段平均反射率先增大后減小。 3.Ar/N2流量比對TiNx薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響 在其它工藝參數(shù)不變的情況下，通過改變氬氣和氮?dú)獾牧髁勘龋?/p>

5、沉積TiNx薄膜。結(jié)果顯示：薄膜的主要成分為立方相TiN呈(200)擇優(yōu)取向。隨著Ar/N2流量比的增大，薄膜厚度減小，電阻率先減小后增大，而近紅外波段平均反射率先增大后減小。 4.濺射電流對TiNx薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響 在其它工藝參數(shù)不變的情況下，改變?yōu)R射電流制備的TiNx薄膜，結(jié)果顯示：薄膜的主要成分為立方相TiN，濺射電流為0.35A時(shí)，是擇優(yōu)取向由(111)向(200)轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；隨著濺射電流的增大，薄膜厚度和