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《用xps和afm等方法研究氮化钛薄膜的物理化学特性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第24卷第6期真空科学与技术学报2004年11、12月VACUUMSCIENCEANDTECHNOLOGY(CHINA)459用XPS和AFM等方法研究氮化钛薄膜的物理化学特性1,2211*江宁沈耀根张寒洁鲍世宁(11浙江大学物理系杭州310027;21香港城市大学机械制造工程与管理系香港九龙)InfluenceofSubstrateBiasonPropertiesofTiNFilmswithX-rayPhotoelectronSpectroscopyandAtomicForceMicroscopyStudies1,2211*JiangNing,ShenYaogen,ZhangHanjiean
2、dBaoShining(11PhysicsDepartment,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China;21DepartmentofManufacturingEngineering&EngineeringManagement,CityUniversityofHongKong,HongKongSAR,China)AbstractTiNfilmsweregrownonSi(100)substrate,biasedwithavoltagerangingfrom0to-500V,byreactiveunder-balancedDCmagnetronsputter
3、ing.ThefilmwasstudiedwithX-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)andatomicforcemicroscopy(AFM)study.Theresultsshowthatthesubstratebiasvoltagesignificantlyaffectsitsmechanicalproperties.Forinstance,grownatabiasof-100V,thefilmsdisplaythehighesthardnessandelasticmodulus.PlottingthefilmRMSsurfaceroughnessand
4、thebiasvoltage,wehaveacurvegoesdown,reachingabot-tomat-100Vandgoesupafterwardsfrom-100Vto-500V.SimilarnonlinearvariationsinTi2pandN1scorelevelspectrawerealsorecordedbeforeandafterArionsputtering.Wemayconcludethatbiasvoltagealtersthechemicalcompositionsandchemicalstatesduringfilmgrowth.XPSresultsshow
5、thatappropriatesubstratebiasfavorsthebondingofTiNandthatformationofstablechemicalstructurefurthermakesmanysurfacephenomena,includingsurfacediffusion,surfaceoxidation,impuritysegregationsandefectformation,moredifficulttooccur.Wesuggestthatgoodmechanicalpropertiesoriginatefromimprovementinsurfaceflatn
6、ess.KeywordsMagnetronsputtering,Titaniumnitride,AFM,XPS摘要采用反应非平衡磁控溅射方法制备了氮化钛(TiN)薄膜,沉积时的衬底偏压的范围从0V到-500V。实验结果表明:TiN薄膜的物理特性和力学性能随衬底偏压变化,最佳的薄膜硬度与弹性模量在偏压为-100V时得到。AFM的测量结果显示薄膜的表面形貌和粗糙度随衬底偏压变化有一个非线性的变化趋势,同样的趋势也出现在Ti2p和N1s的芯态能谱上。特定谱峰的强度和位置的变化预示着偏压引起的薄膜成分和化学态的变化,XPS的结果表明:适当的偏压有助于TiN的成键,稳定的化学结构防止了表面的氧化和扩散,
7、抑制了杂质和缺陷的形成,良好的机械特性归于表面形貌的改善。关键词磁控溅射氮化钛原子力显微镜X光电子能谱中图分类号:O484文献标识码:A文章编号:1672-7126(2004)06-0459-06作为一种耐腐蚀、耐磨以及装饰性薄膜,TiN薄磁控溅射在工业领域得到广泛应用已经很多年膜应用于工业上已经有20多年。TiN薄膜迅速而了,联合负偏压的溅射沉积被认为是一种相当有效[8]广泛的应用主要归功于它所
