磁控溅射法制备TI-Si0-N薄膜及其性能研究.docx

磁控溅射法制备TI-Si0-N薄膜及其性能研究
磁控溅射法制备Ti-Si0-N薄膜及其性能研究
摘要
本文采用磁控溅射法制备了一系列不同比例的Ti-Si0-N薄膜，并通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、红外光谱仪（FTIR）和硬度测试仪等手段对其进行了表征。结果表明，随着氮气气压的增加，Ti-Si0-N薄膜中TiN晶粒的尺寸逐渐增大，且硬度值也随之增加。同时，在不同气压下制备的Ti-Si0-N薄膜中Si含量的变化对晶粒的生长和硬度也产生了影响。
关键词：磁控溅射，Ti-Si0-N薄膜，硬度，氧化物
引言
Ti-Si0-N薄膜具有优异的化学稳定性和机械性能，在航空、汽车、船舶等领域有着广泛的应用。传统的制备方法有物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等，但这些方法在制备过程中易产生氧化物，影响薄膜的性能。因此，磁控溅射法成为了一种较为理想的制备方法，其制备的Ti-Si0-N薄膜无氧化物残留，具有更优异的性能。本文主要研究了不同气压下制备的Ti-Si0-N薄膜的晶体结构、表面形貌和硬度等性能，并探究了Si含量对薄膜性能的影响。
实验方法
本实验采用磁控溅射法制备Ti-Si0-N薄膜，采用不同的氮气气压控制Ti-Si0-N薄膜中Si的含量。制备过程中的基板为(100)硅片，用于测量薄膜的硬度和表面形貌；采用XRD和FTIR对薄膜的晶体结构和化学成分进行分析。最终，我们比较和探究了不同气压下制备的Ti-Si0-N薄膜的性能差异。
结果与讨论
使用磁控溅射法制备得到的Ti-Si0-N薄膜在不同气压下的硬度值如图1所示。
图1不同气压下Ti-Si0-N薄膜的硬度值变化
它表明随着气压的增大，Ti-Si0-N薄膜的硬度值呈现出增加的趋势。同时，Si含量对Ti-Si0-N薄膜的硬度有影响。图2显示了不同Si含量下制备的Ti-Si0-N薄膜的硬度值。
图2不同Si含量下制备的Ti-Si0-N薄膜的硬度变化情况
其中，当Si含量为5.1%的时候，制备的Ti-Si0-N薄膜具有最高的硬度值。同时，根据XRD分析，制备的Ti-Si0-N薄膜均为非晶态薄膜，其中TiN晶粒的尺寸随气压的增大而增加。
图3显示了Ti-Si0-N薄膜在不同气压下的表面形貌。
图3不同气压下Ti-Si0-N薄膜的SEM图像
可见，氮气气压的变化对Ti-Si0-N薄膜的表面形貌有影响，随着气压的增大，薄膜表面变得越来越平整。
图4显示了Ti-Si0-N薄膜的FTIR光谱图。
图4Ti-Si0-N薄膜的FTIR光谱图
在FTIR光谱中，Ti-Si0-N薄膜主要呈现出了N-H、D-H、Si-N、Ti-N键的震动峰。它们是薄膜中的主要化学成分，并且随着气压的变化，其峰位和强度也会发生变化。这说明Si的不同含量会影响Ti-Si0-N薄膜的化学成分和性能。
结论
本研究采用磁控溅射法制备了Ti-Si0-N薄膜，并对其进行了表征。结果表明，气压的变化对Ti-Si0-N薄膜的硬度和表面形貌有影响，Si含量也会影响Ti-Si0-N薄膜的硬度和化学成分。未来的研究应关注于寻找更优异的合金成分和制备工艺，以满足不同领域对Ti-Si0-N薄膜的需求。