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