反应磁控溅射法制备tin薄膜的研究

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1、摘要瓢N是第一个产业化并广泛应用的硬质薄膜材料，有关它的制各研究一直十分活跃，已成为国内外硬质涂层研究的热点。由于其具有较高的硬度和耐磨性能、独特的金黄色、低电阻率以及阻挡扩散层性质，在刀具，模具、装饰材料和集成电路中都具有重要的应用价值。以往较少地在TiN薄膜微观结构和各种性能之间的联系上进行研究和探索，更缺乏对TiN薄膜生长过程进行深刻地了解和探究。因此，本论文主要集中于研究TiN薄膜溅射沉积的微观过程分析、薄膜生长过程及理论的探索，薄膜微观结构和成分与性能之间的规律性联系等方面，增强TiN薄膜性能应用研究的科学理论基础，以期为高性能TiN薄膜的制备提供依据。本文

2、采用反应磁控溅射法制备TiN薄膜，并分别在沉积时间、工作总压、氮气分压、基底温度和衬底偏压上进行参数控制，研究各个参数控制条件下TiN薄膜微观结构、形貌，成分、生长取向的规律性变化；同时研究了各工艺参数控制条件下TiN薄膜沉积速率、显微硬度、致密性及膜基结合性能等，分析并总结TiN薄膜微观结构和各种性能之间的密切联系。在几个工艺参数中，对TiN薄膜结构、形貌和性能影响最大的是氮气分压，基底温度和衬底偏压．本文针对此三个参数对TiN薄膜微观结构、生长取向及性能的影响进行了较为深入的分析和研究，并获得了一些相关规律。同时研究了薄膜表面能Sm和应变能uⅢ对TiN薄膜生长取向

3、的控制影响。根据TiN薄膜具有NaCI型的面心立方晶体结构，研究表明：薄膜表面能She和薄膜应变能uⅢ的大小均与薄膜生长取向有关。当薄膜膜厚较小时，表面能控制TiN薄膜的生长并显示出{100)取向生长趋势；而当薄膜膜厚较大时，应变能占主导因素，使薄膜呈现出{111)择优取向。其结果都是为了减小TiN薄膜体系的自由能。最后，本论文从微观粒子的相互作用和输运出发，分析了粒子通量形式的溅射速率，建立了TiN薄膜生长速率模型，对面N薄膜成核长大过程进行了研究，运用薄膜的成核长大热力学及动力学理论分析TiN薄膜晶粒尺寸大小。研究表明：TiN薄膜生长速率方程只需将气态源产生步骤与

4、扩散步骤耦合即可得到；在不同的沉积温度条件下，薄膜成核长大热力学与动力学对1矾薄膜的生长控制的主导地位不同。以上为进一步研究TiN薄膜微观沉积及生长过程、提高TiN薄膜性能等提供了理论上的参考。关键词：TiN薄膜反应磁控溅射微观结构择优取向粒子溅射速率生长速率方程薄膜成核长大热力学与动力学AbstractBeingthefwstbroadlyandcommerciallyutilizedhardsolidfilmmaterial，thepreparationandresearchrelevanttoTiNhavebeenactivecontinuously．TiNha

5、sbeenenthusiasticallyresearchedathomeandabroad．T稍filmsa∞veryimportantforindustrialapplicationslikecutleryandmouldindustry、decorationmaterials、integratedcircuitforitshi【ghhardnessandgoodwear-resistingproperties,uniquegoldenyellow,lowresistivity,diffusionbarrierproperties．Formerlytheresea

6、rchontherelationshipbgtweenthemicrostruetoreofTiNfilmsanditsvariouspropertieswereabsentmadespeciallythelittleattentionwaspaidtotheprocedureforTiNfilmsgrowth．TherefurethethesiswillfocusontheanalysisofmicroprocedureforsputteringanddepositingTiNfilms，theresearchmadexplorationoftheprocedure

7、forTiNfilmsgrowth，theregularrelationshipbctweeumicrostructureorcomponentandpropertyinordertoreinforcetheapplicationresearchfoundationandsupplybeneficialreferenceforbetterpropertiesofTiNfilms．TiNfilmsairdepositedbyreactivemagnetrensputtering．Themicrostmctore、morphology、component