直流偏压辅助脉冲激光沉积cnx薄膜的组织结构和性能

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1、DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyFortheDegreeofMasterMicrostructureandPropertiesofCNxFilmsDepositedbyDCBiasEnhancedPLDtechniqueCandidate：ChenZhan·-lingAdvisor：YangFang-erZhengXiao—huaCollegeofMechanicalEngineeringZhejiangUniversityofTechnolog

2、yDec2013浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：黔占颀日期：w1；年J≯月’j}日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或

3、机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书。2．不保密泓(请在以上相应方框内打“舻)作者签名：两、、b搬别程辄桶炜v日期：御j年J1，月I7日j日期：矽f弓年／矿月≯y日浙江工业大学硕士论文直流偏压辅助脉冲激光沉积CNx薄膜的组织结构和性能摘要氮化碳材料以其优异的特性受到大量研究者的重视，但N原子的百分含量及价键结构等的瓶颈限制了它

4、的广泛应用。偏压辅助技术在促进sp3键的合成、氮原子百分含量的提升、改善薄膜表面质量的均匀性等方面展现出了明显的作用，然而关于偏压辅助脉冲激光沉积氮化碳薄膜的报道非常少。本文首先利用脉冲激光沉积技术烧蚀石墨靶在Si基底上制备了氮化碳薄膜(简称为c．CN。)，对薄膜的化学成分、微观结构和机械性能进行了分析及探讨；系统研究了沉积偏压对氮化碳薄膜的形貌及结构的影响：考察了氮化碳薄膜的膜一基结合力、硬度和摩擦磨损性能，总结了偏压、结构与薄膜机械性能之间的相关性。然后，选用富含N原子和sp3杂化键的氮化碳靶材替代石墨靶，不同偏压

5、条件制备了氮化碳薄膜(简称i—cN。)并进行了上述同样的薄膜质量分析。最终结合两组薄膜的分析结果，总结出有利于N原子并入碳网异或利于合成sp3键的最佳工艺参数，并对价键结构和机械性能的相关性作一定的规律分析。采用X射线光电子能谱(ⅫS)、拉曼光谱(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)分别对c．CNz薄膜和i-CN。薄膜的化学成分、价键状态及微观形貌进行表征。并借助于纳米压痕仪、涂层附着力自动划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机测试了薄膜的硬度、膜一基结合力和摩擦磨损性能。分析结果发现：薄膜为尺寸不一的微观颗粒堆积，偏压条件对

6、薄膜的均匀性改变较小；偏压辅助递进式脉冲激光沉积方法可以较大程度地提升薄膜中的氮原子百分含量，但得出的薄膜尚未发现晶态的特征。结合XPS和Raman的分析，两组薄膜的价键相对百分含量砩魄。p，和Xsp2C—N／x。p3c—N均随着偏压的增加先减少后增大并在Vb-=-40V时得到了最小值(c．CM薄膜：2．43和1．76；i-CN。薄膜：1．78和1．39)；且此偏压条件下，D峰与G峰的强度比如绲取得最小值(c．CM薄膜：2．2；i—CN。薄膜：1．6)；以上的结果都说明Vb=-40V为最利于sp3键的合成条件。薄膜硬度

7、的变化趋势与Xsp3和Xsp3C-N的变化趋势非常吻合，同时偏压使得膜．基结合力不断增加。偏压对摩擦系数的变化可以归结到对薄膜表面的均匀性的影响上来，越有利于表面的平整的偏压条件下摩擦系数越低。摘要关键词：薄膜，氮化碳，脉冲激光沉积，微观结构，机械性能II浙江工业大学硕士论文MICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFCNxFILMSDEPOSITEDBYDCBIASENHANCEDPLDTECHNIQUEABSTRACTCNxfilmshavereceivedconsiderableinterestfr

8、omalargernumberofresearchersfortheirexcellentproperties，butitstilldoesn’tgetfurtherapplicationattributedtolowerNatomicpercentageandchemicalbondingstructure．Selectingb