AuCrSiO2薄膜组织结构与残余应力

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文采用磁控溅射法制备了AU/Cr/Si02薄膜，利用X射线衍射仪，原r力显微镜(AFM)，纳米硬度计，金相显微镜等测试仪器系统地对Au/Cr/SiO2在不同衬底温度和溅射功率以及不同的退火温度下的表面组织和形貌纳米硬度、物相和分形特性进行了分析和讨论。原子力显微镜分析表明，在200℃至400℃退火时，随退火温度的增加薄膜的粗糙度降低，而在500℃退火的时候，薄膜的粗糙度迅速增加。XRD研究结果表明，在衬底温度较低和溅射功率较大的时候，薄膜中晶粒的尺寸较小。在整个退火过程中，Cr随退火温度增加结晶程度也不断增加。500℃退火时，XRD图中非晶峰

2、较强。分析表明:该非晶峰可能是衬底Si02。在500℃退火以后，薄膜的表面是非连续的。金相显微分析表明，在200'C,300℃和400℃退火时，薄膜的表面晶粒尺寸随温度的升高而逐渐长大。在500℃退火时，薄膜表面可见铬的氧化物或者裸露的衬底。宏观残余应力测试表明，在热处理以前，薄膜表面存在的是残余压应力，在2000C.300℃和400'C退火时，薄膜中残余应力随退火温度升高由压应力变为拉应力，并且数值逐渐增加，500℃退火以后，薄膜宏观应力为压应力。纳米性能测试显示，退火后薄膜弹性模I和硬度随压入深度增加而增加。温度低于400℃退火以后，薄膜的弹性模It和硬度随退火温度增加而减

3、小，但是经500℃退火后，弹性模盆和硬度有所增加。x射线小角散射0-20扫描和模拟曲线实验证明，较高的衬底温度和溅射功率有助于降低薄膜界面粗糙度。另外，随着退火温度的提高薄膜总体厚度下降，界面粗糙度下降。由于x射线小角散射的相干长度较小，x射线小角散射给出的粗糙度与AFM的分析结果并不一致。在200℃到400℃退火时，薄膜的静态标度指数属于同一普适类。在500℃的时候，薄膜表面上的静态标度指数约为to关键词Au/Cr/SiO,薄膜:退火:残余应力:粗糙度:分形哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAu/Cr/Si02filmswerepreparedbymagnetic

4、sputteringroute,thegeometricprofile,microstructureandnano-hardnessoffilmsatdifferentsputteringparametersandsubsequentlyannealingtreatmentswereanalyzedbyX-rayDiffraction(XRD),atomforcemicroprobe(AFM),opticmetallograph(OM)andnano-indenter,respectively.Thefractalstructureoffilmsurfaceswerealsos

5、tudiedbysmallangleX-rayscattering(SAXS).AFManalysisshowedthatwhenannealingtemperaturewasbetween2000Cand400'C,thesurfaceroughnessoffilmsdecreasedwithriseofannealingtemperature,whileannealingtemperaturewasS000CtheroughnessoffilmbegantoincreasequicklyXRDresultsindicatedthatthegrainsizeoffilmswa

6、ssmallinthefilmspreparedatlowCrsubstratetemperatureandhighCrsputeringpower.Duringinthewholeannealingprocess,crystallizationdegreeofCrfilmincreasedcontinuouslywithannealingtemperatureincreasing.Aconsiderablystrongamorphouspeakwasfoundinthefilmannealedat5001C,whichcorrespondingtotheSiO2substra

7、te,inthemeantime,thesurfaceoffilmswasdiscrete.Metallographicobservationindicatedthat,thegrainsizeoffilmsincreasedwithannealingtemperatureincreasing.Afterannealingat500'C,Croxideorexposedsubstratewasfoundonthesurfaceoffilms.Residualmacro-stressinves