B掺杂对Ti薄膜结构与性能的影响-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．61，No．18(2012)186803B掺杂对Ti薄膜结构与性能的影响冰张玲)2)何智兵2)十廖国)2)谌家军)许华2)李俊2)1)(西华师范大学物理与电子信息学院，南充637002)2)(中国工程物理研究院激光聚变研究中心，高温高密度等离子体物理重点实验室，绵阳621900)(2012年2月2O日收到；2012年3月7日收到修改稿)采用双靶共溅射方法制备了微量B掺杂的Ti薄膜样品，利用x射线光电子能谱、扫描电子显微镜和x射线衍射仪对样品的掺杂原子浓度、表面形貌、晶型结构、晶粒尺寸和应力进行了分

2、析表征．研究表明：掺杂后的Ti薄膜晶粒得到明显细化，并随着掺杂浓度的增大，薄膜的晶粒尺寸呈减小趋势，当掺杂浓度为5．50at％时，Ti薄膜晶粒尺寸减小为1．3am，呈现出致密的柱状结构．B掺杂后的Ti薄膜应力由压应力转变为张应力．关键词：Ti薄膜，B掺杂，表面形貌，磁控溅射PACS：68．55．一a，61．05．cp，81．10．Aj，81．15．Cd美国所研制的Be靶丸在密度与空隙率控制方面还与点火靶丸的需求存在一定的差距．1引言Be靶丸在密度与空隙率控制方面存在的最在激光惯性约束聚变(ICF)物理实验中，靶丸大障碍在于Be涂层的晶粒尺

3、寸过大，微结构不是物理实验用靶的重要组成部分．Be(Cu)合金靶理想．如果能将Be涂层的晶粒细化，将有可能减丸相对碳氢靶丸来说，具备不透明度低、抗拉强度少涂层中的空隙缺陷，提高涂层密度与靶丸表面高和热导率高等优点，曾一度成为美国点火物理实光洁度，使得Be靶丸满足ICF物理实验用靶的需验中的首选靶丸【lJ．制备Be(Cu)合金靶丸的方法求[2]．因此对于Be靶丸的制备技术，急需要解决有很多，包括磁控溅射、化学气相沉积和机械加工的问题是Be壳层的晶粒细化，即纳米晶化，甚至等方法，其中由于磁控溅射技术的沉积速率快而且非晶化更为理想【31_在靶丸

4、制备技术研究中，由稳定，其在制备成分精确控制的梯度掺杂Be(Cu)于Be具有很高的毒性，不便于广泛开展Be薄膜合金靶丸方面是其他两种技术无法替代的．但目的制备技术研究工作．美国的GA和LANL在进前Be(Cu)合金靶丸的制备中还存在诸多的问题，行Be及Be合金靶丸的制备技术研究中，特别是就如Be涂层在制备过程中可能会出现瘤状结构生生长机理与后续抛光处理的研究中，都采用物理性长、锥状结构生长、扭曲状结构生长模式，这些现质和机械性质与Be相似的替代金属，如Ti等，来象不仅会降低Be涂层的密度，而且会导致涂层的进行相关研究．Ti薄膜在生长机理与

5、微结构等诸表面粗糙度随厚度的增加而急剧增大．即使是较为多物理性质上都与Be薄膜有许多相似之处，所以理想的柱状生长模式，在Be涂层中也存在较多的本文将采用Ti替代Be进行薄膜的晶粒细化技术空隙或晶界缺陷，从而降低靶丸的保气性能，达不研究[4】．到点火靶丸对涂层空隙率及空隙体积的要求．目前，近年来，对Ti薄膜的微结构及晶粒细化技术，中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室基金(批准号：9140c680501007)资助的课题，tE—mail：he_zhibing@126．com⑥2012中国物理学会ChinesePhysica

6、lSocietyttp：／／wulixb．iphy．ac．cn物理学报AetaPhys．Sin．~o1．61，No．18(2012)186803一些研究人员开展了部分的研究工作，如程炳勋3结果与讨论等[5】和段玲珑等研究了溅射功率和负偏压对Ti3．1B掺杂Tj薄膜的XPS测试结果膜的影响．施立群等[7]采用直流磁控溅射技术以He／Ar混合气体为工作气体制备了Ti膜，研究发图1为实验中制备B掺杂Ti薄膜样品的XPS现随He引入量的增加，Ti膜的晶粒尺寸减小，He谱图，由于样品所得的XPS图谱基本相似，文中只引起的晶体点阵参数和X射线衍射峰宽

7、度增大，晶给出了样品3的XPS全谱图．体的无序程度增加．在其他元素掺杂以改变Ti薄膜的微结构及晶粒细化方面，鲜有研究．本文利用直流磁控溅射镀膜装置，采用双靶共溅射方法重点研究了B掺杂对Ti薄膜的晶型结构、表面形貌、‘若晶粒尺寸和应力的影响，并探讨了在不同掺杂浓度号下的变化规律．＼酲2实验EB／eV2．1实验方法图1B掺杂H薄膜的XPS全谱图选用单面抛光的单晶硅(111)为基片，依次经从图1中可以看出，样品中含有B，C，N，Ti，O去离子水、丙酮、无水乙醇分别超声清洗15min等元素．在结合能为284．8，399．1，530．1eV处分别取

8、出用氮气吹干放入JGP560型超高真空多功出现了C1。，N1，O1的特征峰，这是由于被测样品能磁控溅射设备的溅射室中．实验中靶材选在大气环境下放置了一段时间，吸附了空气中的C，用：高纯Ti靶(