负偏压对磁控溅射TaN薄膜微观结构和性能的影响.pdf

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1、第23卷第7期中国有色金属学报2013年7月Vbl-23No.7TheChineseJournalofNonferrousMetalsJulv2013文章编号:1004—0609(2013)07-1923—08负偏压对磁控溅射TaN薄膜微观结构和性能的影响薛雅平,曹峻,喻利花,许俊华(江苏科技大学江苏省先进焊接技术重点实验室,镇江212003)摘要:采用磁控溅射技术制备一系列不同负偏压的TaN薄膜。分别采用扫描电子显微镜、x射线衍射仪、原子力显微镜、纳米压痕仪和高温摩擦磨损仪研究不同负偏压对单层TaN薄膜的微观结构、表面形貌、力学性能和摩擦性能的影响。结果表明:TaN

2、薄膜主要为面心.TaN和斜方TaN晶体结构,择优取向随着负偏压的不同而不同;当负偏压为80V时,TaN薄膜的硬度和弹性模量均达到最大值,分别为30.103和317.048GPa,并且此时薄膜的膜一基结合最强;常温下单层TaN薄膜的摩擦因数与负偏压关系不大,基本保持在0.64~0.68之间;高温下,随着温度的升高,摩擦因数逐渐降低。关键词:TaN薄膜;负偏压;微观结构;摩擦性能中图分类号:TG174.44;TG148文献标志码:AEffectofbiasvoltageonmicrostructureandpropertiesofmagnetronsputteringTa

3、NfilmsXUEYa·ping,CAOJun,YULi—hua,XUJun—hua(KeyLaboratoryofAdvancedWeldingTechnologyofJiangsuProvince,JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhenjiang212003,China)Abstract:AseriesofTaNfilmswerefabricatedatvariousbiasvoltagesbymagnetronsputteringtechnique.Theirmicrostructure,surfacemorph

4、ology,mechanicalandfrictionpropertieswereinvestigatedbyscanningelectronmicroscope(SEM),X—raydifraction(XRD),atomicforcemicroscope(AFM),nanoindentationtesterandfrictionandweartester,respectively.TheresultsshowthatthestructureofTaNiscomposedofcubic0-TaNandorthorhombicTa4N,whilethepreferre

5、dorientationchangeswiththebiasvoltage.Whenthebiasvoltageis80thehardnessandelasticmodulusofthefilmsreachthemaximumvalues,30.103and317.048GPa,respectively,andtheinterfacialadhesionisthestrongest.Atroomtemperature,thefrictioncoeficientsofthefilmsthatareinfluencedslightlybybiasvoltagevarybe

6、tween0.64and0.68.Athightemperatures.thefrictioncoeficientsofthefilmsdecreasewiththeincreaseoftemperature.Keywords:TaNfilms;biasvoltage;microstructure;frictionpropertiesTaN薄膜由于其较高硬度和密度、良好的高温化瓷薄膜熔点高、不易加工的缺点,还可以结合磁控溅学稳定性以及光电性能,一直受到人们的广泛关射细晶化的特殊工艺效果,从而获得更佳的综合性能,注[卜。已知TaN薄膜制备方法有磁控溅射[圳、离子以达到更

7、好的工业应用效果ll。目前,对于TaN薄膜束辅助沉积【l0J和化学气相沉积rIl_等。磁控溅射方法作的电学性能[、硬度[,等已有研究,尤其是氮为一种先进的新型制备薄膜的物理气相沉积(PVD1气分压、制备工艺对单层TaN薄膜各种性能的影响,方法,利用其先进的反应溅射工艺,可以克服TaN陶但对于负偏压对单层TaN薄膜的力学性能,尤其是其基金项目国家自然科学基金资助项目(51074080);江苏省自然科学基金资助项目(BK2008240)收稿日期2012—09—28;修订日期:2013.03.10通信作者许俊华,教授,博士;电话:0511-84411035

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