氮氩流量比对磁控溅射Zn3N2薄膜微观结构的影响

采用射频感应耦合等离子体增强磁控溅射装置在p型Si〈100〉基片上制备Zn3N2薄膜,用于研究不同氮氩流量比对薄膜结晶质量及微观结构的影响。用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、原子力显微镜（AFM）和四探针测试仪表征薄膜的微观结构、表面形貌和电学特性。实验结果表明：不同氮氩流量比条件下制备的Zn3N2薄膜均为多晶态,（400）,（411）和（332）晶面生长明显。随着氮氩流量比增加,（400）晶面衍射峰逐渐增加,在3∶1时达到极值,结晶度逐渐变佳;（332）晶面衍射峰逐渐减小,结晶度随之变弱;（411）晶面则无明显变化。随氮氩流量比增加,薄膜结晶度、晶粒尺寸和表面平整度先增加后减小。氮氩流量比为2∶1时,结晶质量和表面平整度达到最佳且导电性能最好,较大的氮氩流量比有利于磁控溅射制备性能更好的Zn3N2薄膜。

射频磁控溅射法制备TiSiN纳米复合涂层的结构与性能研究

采用射频磁控溅射工艺在Si基体上制备了TiN/Si3N4纳米复合结构涂层。对不同溅射气压、基片温度以及N2/Ar气流比条件下制备的TiN/Si3N4纳米复合涂层的结构和性能进行了研究和分析。结果表明:溅射气压、基片温度和N2/Ar气流比对TiN/Si3N4涂层的断面结构和力学性能均有显著影响,当溅射气压为0.4 Pa、沉积温度为300℃、N2/Ar气流比为5∶38时,涂层可获得最大硬度为34.4 GPa。

辉弧共溅射Ar/N_2流量比对TiN薄膜结构及硬度的影响

采用辉光弧光协同共放电混合镀方法在A3碳钢基体上沉积氮化钛薄膜,通过改变Ar/N2流量比,研究Ar/N2流量比对TiN薄膜结构及硬度的影响。X射线衍射谱图表明制备的TiN有明显的(111)晶面择优取向;Ti2p的X射线光电子谱谱峰拟合分析表明Ti2p1/2峰和Ti2p3/2峰均有双峰出现,可知氮化物中的Ti存在不同的化学状态,整个膜层是由TiN,TiO2,TiNxOy化合物组成的复合体系,Ar/N2流量比影响各成分的含量。对比硬度的变化和组成成分之间的关系发现,膜层硬度随着含TiN量的增多而增大,当Ar/N2流量比为3∶1时,硬度最大。

磁控溅射参数对ZrB_2/ZrAlN纳米多层膜结构和性能的影响

选择ZrB2和ZrAlN作为个体层材料,利用超高真空射频磁控溅射系统在80 nm调制周期下,制备了一系列ZrB2/ZrAlN纳米多层膜,用XRD、表面轮廓仪和纳米力学测试系统分析了物相及晶体结构.研究表明:纳米多层膜体系的各项性能随着Ar/N2流量比例的变化而变化,多层膜的纳米硬度值和弹性模量均高于两种个体材料混合相的硬度值,残余应力也得到缓解,合适的N2气分压可以使多层膜体系的机械性能达到最佳.

氮流量对孪生靶磁控溅射沉积氮化铬薄膜性能的影响

采用中频孪生靶反应磁控溅射在金属镍基底上制备氮化铬薄膜。利用X射线衍射仪、显微硬度计、扫描电子显微镜、原子力显微镜、磨擦磨损试验仪和电化学工作站等系统研究了氮气流量(即氮/氩流量比)对薄膜的相结构、显微硬度、表面形貌、附着力、耐磨性和耐腐蚀性的影响。结果得到随氮/氩流量比的增加,CrN_x薄膜成分经历了一个由Cr→Cr+Cr N→Cr+Cr_2N+Cr N的演化过程,薄膜形貌由致密、球状颗粒向类长方体规则形状的面心结构转化;而薄膜的表面粗糙度则呈现出在低氮时稍微下降,高氮含量时又快速增加的趋势,在N_2/Ar流量比为23/53时,粗糙度达到最小;耐磨性、硬度都呈现随着氮流量的增加先上升后下降;薄膜耐腐蚀性能随氮的加入明显得到改善。综合性能分析认为,制备2.5μm厚的氮化铬薄膜时在N_2/Ar(流量比)为23/53较为合适。

CO_2吸收增强气化制备氨合成原料气的可行性

以煤和低浓度煤层气共气化制备氨合成原料气,煤层气提供合成所需的氮组分,从而取消常规制气的补氮过程或替代空气气化;采用CO2吸收增强制气,在造气工段制得φ(H2)/φ(N2)=3,φ(CO2+CO)≤0.30%,φ(H2)≥70%的粗煤气,可直接进入醇烷化或醇烃化精制岗位.为论证系统的可行性和适宜操作条件,采用热力学平衡模型分析煤气组分随制气反应条件变化的规律,提出可一步制得φ(H2)/φ(N2)=3,φ(CO2+CO)≤0.30%,φ(H2)≥70%的制气反应条件和煤层气流量;根据煤层气温度、压力与爆炸极限的关系,确定催化转化/脱氧反应器的操作参数.结果表明,以合成原料气组分衡量,基于CO2吸收增强气化的煤和低浓度煤层气制气方法可行,且有利于简化调比和气体净化过程.

N_2气流量比对磁控溅射Mo-N涂层结构和性能的影响

目的研究N_2气流量比对直流反应磁控溅射Mo-N涂层结构、力学性能和摩擦性能的影响。方法采用直流反应磁控溅射技术在304不锈钢基体表面制备Mo-N涂层,对涂层结构进行X射线衍射(XRD)分析,对涂层形貌和磨痕形貌进行扫描电镜(SEM)分析,采用维氏显微硬度计测试涂层的显微硬度,采用划痕法表征涂层的结合强度,采用球盘式摩擦磨损试验仪评价涂层的摩擦磨损性能。结果随着N_2气流量比R从0.3增加至0.7,涂层主要由面心立方γ-Mo2N相构成,当R为0.7时,制备的涂层中出现少量的六方δ-MoN相。涂层的显微硬度先降低后增加,最高硬度可达3060HV。结合强度先增加后降低,当R为0.4和0.5时,涂层的结合力较高,约为40N,且具有较好的摩擦学性能,平均摩擦系数约为0.22,磨损形式主要为磨粒磨损。结论在基体温度为300℃时制备涂层,N_2气流量比在0.3～0.7的范围变化对涂层相结构的影响较小。硬度相对较高时,结合力越好,摩擦学性能越好。

磁控溅射法制备TiN薄膜及其性能研究

为了研究Ar/N2流量比对Ti N薄膜耐蚀性的影响,采用反应直流磁控溅射法在304不锈钢上制备Ti N薄膜。研究了在溅射沉积过程中Ar/N2气体流量比对Ti N薄膜结构形貌和耐腐蚀性能的影响,并对结果进行了分析。结果表明:在保持其他工艺参数不变的情况下,增大N2流量制备Ti N薄膜,薄膜主要成分为Ti N,Ti2N和Ti N0.3;在高的Ar/N2条件下,即低的氮分压下,薄膜生长呈任意取向,在低的Ar/N2条件下,即高的氮分压下,薄膜(200)择优取向;氩氮流量比为50∶5时,电阻率最小,为0.002Ω·m,薄膜具有良好的导电性;当氩氮流量比为50∶5时,Ti N表面平整,呈现细小颗粒状,并且通过盐雾腐蚀试验可知,此时Ti N薄膜的耐腐蚀性能最好。

氮氩流量比对玻璃基TiN薄膜的结构和硬度的影响

采用直流磁控溅射镀膜工艺,在不同的氮氩流量比条件下,制备了玻璃基Ti N薄膜。通过X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（SEM、EDS）、纳米显微硬度仪,研究了Ti N薄膜的组织结构、物相组成、表面形貌、元素成份、维氏硬度,分析了氮氩流量比对Ti N薄膜结晶取向、硬度的影响机理。结果表明,在低的氮氩流量比条件下,Ti N薄膜以（111）晶面择优取向;随着氮氩流量比增加,择优取向由（111）晶面向（200）晶面过渡;氮氩流量比为1∶2时薄膜以（200）晶面择优取向;继续增加氮氩流量比（1∶2~2∶1）,Ti N薄膜衍射峰强度降低,晶粒尺寸减小;当氮氩流量比增加到2∶1时,薄膜开始呈现非晶态。随着氮氩流量比的增加,薄膜硬度呈现先增加后减小的趋势;当氮氩流量比为1∶1时,Ti N薄膜以（200）晶面择优取向结晶,组织致密均匀,晶粒尺寸最小,具有最大的硬度值（825 HV）,相比未镀膜的玻璃基片,硬度值增加了20.44%。

N_2∶O_2流量比对多弧离子镀Cr-O-N复合涂层结构及性能的影响

目前,关于N_2∶O_2流量比如何影响Cr-O-N涂层结构和性能的报道较少。采用多弧离子镀技术在硅片(100)和硬质合金基底上沉积了一系列不同N_2∶O_2流量比的Cr-O-N复合涂层;采用X射线衍射仪分析涂层晶体结构;采用共聚焦显微拉曼光谱仪分析薄膜氧化物相结构;采用扫描电镜观察涂层形貌,并通过能谱仪分析其成分;利用原子力显微镜观察涂层表面三维形貌;采用显微硬度仪测量涂层硬度;通过球-盘摩擦磨损仪测量涂层摩擦磨损性能,系统地研究了O_2流量占比对复合涂层结构和性能的影响。结果表明:Cr-O-N复合涂层由CrN和Cr_2O_3复合相组成;随着沉积过程中O_2流量占比的增加,涂层中N和Cr的含量呈下降趋势,而Cr_2O_3含量逐渐增加;随着O_2流量占比的增加,涂层表面形貌发生变化,涂层表面粗糙度在氧气占比为0.34时达到最大值85.86 nm,此时涂层具有最低的摩擦系数0.48;Cr-O-N涂层的硬度高于CrN和Cr_2O_3涂层,摩擦系数比CrN涂层高,但低于Cr_2O_3涂层。

不同氮流量比制备纳米Ta-N薄膜及其性能

超大规模集成电路Cu互连中的核心技术之一是制备性能优异的扩散阻挡层。本文采用直流磁控反应溅射在N2/Ar气氛中制备了不同组分比的Ta-N薄膜,并原位制备了Cu/Ta-N/基底复合结构,对部分样品在N2保护下进行了快速热处理(RTA),采用台阶仪、四探针测试仪、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜、X射线衍射(XRD)对薄膜形貌结构进行了表征。结果表明,随着N2流量比的增加,薄膜沉积速率下降,表面趋于平滑,Ta-N薄膜热稳定性能及阻挡性能随之提高,而电阻率则上升。氮流量比为0.3制备的厚度为100nm的Ta-N薄膜经600℃/5m in RTA后,仍可保持对Cu的有效阻挡;在更高温度下退火,Cu将穿过阻挡层与Si发生反应,导致阻挡层失效。