N注入过程中Ti薄膜内的晶体结构变化

利用电子束加热沉积(EBD)法在经洁净处理的NaCl基板表面沉积Ti薄膜,并利用离子加速器向薄膜中注入62keV N+2离子,分析了N注入前后Ti薄膜中的晶体结构变化.透射电镜(TEM)观察结果表明,N原子的侵入导致Ti薄膜发生hcp-fcc相变,部分hcp-Ti转变成fcc-TiNy;N原子占据晶格中八面体间隙位置产生晶格畸变而导致的内应力可能是hcp-fcc相变的驱动力之一.随着薄膜中N含量的增加,hcp-Ti减少,fcc-TiNy成分增多.利用电子能量损失谱(EELS)测定了Ti薄膜的能量损失变化,分析认为由于N的侵入,Ti原子与N原子结合形成了TiNy化合物,N 2p外层电子主要和Ti 3p-4s形成杂化轨道而成键.

氮化过程中Ti薄膜的电子结构分析

建立不同类型的原子团簇模型,利用电荷自洽离散变分法计算了Ti薄膜中不同晶体结构的原子间化学键键能,分析了薄膜中晶体的局域态密度和全态密度,探讨了其电子结构和Ti-N原子间的交互作用变化.结果表明,N原子占据八面体间隙中心位置后,强Ti-N键的形成和原有Ti-Ti键的弱化,促使hcp-Ti中(00.1)面上的Ti原子沿着<01.0>方向发生迁移,成为hcp-fcc相变中fcc-Ti亚晶格形成的根源.随着进入hcp-Ti晶格中N原子数的增多,Ti-N结合键数目增加,N 2p/Ti 3d-4p杂化价电带的电子密度也随之增大,Ti的外层电子平均能量降低,保证了fcc-TiNy的稳定生长.