TiN薄膜制备方法、性能及其应用的研究进展.doc

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1、TiN薄膜制备方法、性能及其应用前言：通过上半个学期对薄膜制备技术课程的学习，对于薄膜的制备方法，各种薄膜的检测方式和多种显微镜有了深刻的了解和认识。并在课后通过查阅文献和文献检索之后，自己学习了TiN薄膜制备的方法，并联系课上学习到的知识，对薄膜制备技术这门课有了更加深入的认识，本文便是我课后自学的成果。摘要：综述了TiN薄膜的制备方法及进展，介绍了物理气相沉积、化学气相沉积、等离子化学气相沉积及光化学气相沉积等各种TiN薄膜的制备方法，评述了各种制备工艺的优缺点。介绍了TiN薄膜在超硬耐磨、耐腐蚀等方面研究的新进展，最后对TiN薄膜的应用范围和领域作了展望。关键词：TiN薄

2、膜制备方法性能及应用正文：TiN薄膜属于第Ⅳ族过渡金属氮化物。NaCI是面心立方晶体结构类型。它的结构是由金属键和共价键混合而成，同时具有金属晶体和共价晶体的特点：高熔点、高硬度、优异的热和化学惰性。优良的导电性和金属的反射比。此外，TiN薄膜还具有高温强度、优越的耐腐蚀性能以及良好的导热性能。它是第一个产业化并广泛应用的硬质薄膜材料，有关研究已成为国内外硬层研究的热点。TiN薄膜具有广阔的应用前景，在刀具、模具、装饰材料和集成电路中都具有重要的应用价值和广阔的应用前景，因而越来越受到人们的重视。随着对TiN薄膜研究的深入。制备TiN薄膜的工艺也得到不断地发展，对TiN薄膜也提

3、出了更均匀、更耐磨、更耐腐蚀和更高可靠性的性能要求。为了适应这一发展趋势的需要。许多研究人员对TiN薄膜的制备技术和性能开展了大量的研究工作。本文对近年来TiN薄膜的制备技术、性能及其应用进行了简要的介绍，最后对TiN薄膜的发展趋势和方向进行了展望。1．TiN薄膜制备方法的研究TiN薄膜的研究工作早在20世纪60年代已开始进行，但因材料和器件制备上的困难，使研究工作一度转入低潮。后来随着薄膜制备技术的提高，国内外对TiN薄膜的研究工作又开始活跃起来，制备方法也多样化了，目前已取得很大进展。TiN薄膜的制备方法主要可分为物理气相沉积、化学气相沉积两大类。下面逐一介绍制备方法的特点

4、。1．1物理气相沉积(PVD)1．1．1电子束蒸镀法单纯采用真空镀膜法制备TiN薄膜在国内外很少，这主要因为它有与基片结合较差、工艺重复性不好的缺点。目前国内外用得最多的真空镀膜法是电子束蒸镀方法。它是一种利用电子束打到待蒸发材料表面将能量传递给待蒸发材料使其熔化并蒸发的方法。它具有能量密度大，热效率高，热传导和热辐射的损失少等特点，可减少容器材料与镀料之间的反应。可以很大程度地提高TiN类镀膜的纯度。Arezzo等采用电子束蒸镀等方法制备TiN薄膜时发现，电子束蒸镀与磁控溅射、离子镀相比具有沉积率高且膜层与基体结合力强等优点。1．1．2溅射镀膜法磁控溅射制备TiN薄膜技术主要

5、有直流磁控溅射和射频磁控溅射(使用陶瓷TiN靶材)两种，最近又出现了非平衡磁控溅射和反应溅射。其中反应溅射方法因其独特的优点最早和最多地使用在TiN薄膜制备上。国外Vaz等第一次应用反应溅射方法制备TiN薄膜。另外非平衡磁控溅射方法也是一种国内外常用的溅射方法，Hsieh等利用非平衡磁控溅射方法，通过闸板控制、功率控制和旋转基体控制等方法。得到了多元TiN/TiAlN多层膜。磁控溅射制备TiN薄膜具有溅射率高、基片温升低、膜基结合力好、装置性能稳定、操作控制方便等优点。同时它也有一些缺点，例如它的沉积速率较底，效率较差，对降低沉积成本不利，因此磁控溅射方法仅应用于光学、微电子学

6、等对TiN涂层要求较高的领域。1．1．3电弧离子镀(ArcIonPlatingAlP)20世纪80年代以来，离子镀制备TiN镀层已发展成为世界范同的一项高新技术，主要应用在制备高速钢和硬质合金工具上的或相关体系的耐磨镀层和不锈钢制品上的仿金装饰镀层上。进入20世纪90年代，离子镀技术有了长足的进步，在离子镀技术中目前应用最多的是电弧离子镀(也称多弧离子镀)，它已取代了其他各种类型的离子镀，成为当前氮化钛镀层工业唯~的生产工艺。在电弧离子镀沉积TiN涂层的过程中，影响涂层结构和性能的因素有弧电流、衬底负偏压、衬底温度、氮气的分压、腔体压强等。1．1．4等离子体浸没式离子注入技术等

7、离子体浸没式离子注入技术(PIII)制备TiN薄膜方法最早由Conrad教授发明，他发现PIII技术能同时对一批工件进行注入处理。因此这种方法的工艺和设备非常简单，能较大幅度地降低生产成本，在制备TiN薄膜方面有很好的应用价值。等离子体浸没式离子注/k是在PIII过程中，等离子体中的被注元素在强电场力作用下，全方位地垂直注入到所有表面内的一种沉积方法。目前国内对Pill技术制备TiN膜方面也有很多研究，例如西南交通大学的王钧石等就用这种PIII技术在Crl2MoV钢基体上制备了TiN膜。结果