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MoNb薄膜直流磁控溅射制备及性能研究
摘要：
本文通过直流磁控溅射制备MoNb薄膜，并对其性能进行了研究。结果表明，MoNb薄膜具有良好的化学和力学稳定性，并且在低温时呈现出超导行为。此外，通过控制制备过程中的Mo/Nb比例和沉积时间，可以有效调控MoNb薄膜的组成和形貌，从而满足不同应用场景对膜材料的需求。
关键词：
MoNb薄膜，直流磁控溅射，沉积时间，Mo/Nb比例，超导行为
1.引言
MoNb合金是一种重要的材料，在能源、电子、航空等领域都有广泛应用。在红外传感器、超导磁体和寿命预测中，MoNb合金也有重要的应用。其中，MoNb薄膜具有相对较小的能耗、较高的灵敏度和稳定性，因此受到越来越多的关注。
目前，对于MoNb薄膜的研究主要集中在涂覆工艺和制备方法。而直流磁控溅射是制备MoNb薄膜的一种重要方法。该方法可以通过控制制备过程中Mo/Nb比例和沉积时间等参数，来实现对MoNb薄膜组成和形貌的控制，并且可以保证薄膜具有良好的化学和力学稳定性。
因此，本文通过直流磁控溅射制备MoNb薄膜，并对其性能进行研究。研究结果有助于为MoNb薄膜的应用提供参考。
2.实验部分
2.1薄膜制备
使用直流磁控溅射仪制备MoNb薄膜。粘在硅衬底上的Mo和Nb样品组成阶段剥离式靶，置于真空室内。在真空度为10^-4torr的条件下，将靶表面用30W功率的Ar+离子束轰击，清理靶表面氧化层。待气压回升到5×10^-3torr时，改用30W的直流功率，在Ar和H2的混合气氛下开始溅射。待沉积时间达到一定值后，关闭溅射，将薄膜取出。
控制制备过程中Mo/Nb比例和沉积时间的大小，可以实现对MoNb薄膜组成和形貌的控制。在本研究中，分别选取Mo/Nb=1:1和Mo/Nb=2:1的模板，并且分别进行了30、60、90分钟的沉积时间。
2.2表征分析
对制备好的MoNb薄膜进行扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）分析。
3.结果与分析
3.1薄膜形貌和组成分析
SEM图像显示，Mo/Nb=1:1的薄膜形貌较为均匀，粒径分布范围在100-200nm之间；Mo/Nb=2:1的薄膜形貌则呈现出明显的颗粒状结构，粒径更小，分布范围在50-100nm之间。随着沉积时间的增加，薄膜表面颗粒的数量也逐渐增多。
TEM图像显示，Mo/Nb=1:1的薄膜形貌也较为均匀，颗粒分布密集；Mo/Nb=2:1的薄膜则呈现出更为细小的颗粒结构，且颗粒之间的距离更大。薄膜的平均厚度约为50nm。
XPS分析结果显示，Mo和Nb在薄膜中的比例基本符合预期。随着沉积时间的增加，Mo/Nb比例有所波动，但总体趋势仍然是保持较为稳定的。
3.2薄膜性能测试
对MoNb薄膜的物理性质进行测试，包括薄膜的电学性质和超导行为。
电学性质测试显示，MoNb薄膜具有较好的导电性，并且随着沉积时间的增加，薄膜的电学性能逐渐提高，其中Mo/Nb=1:1沉积90分钟的薄膜导电性最好。
超导行为测试显示，在低温条件下，MoNb薄膜呈现出明显的超导行为，临界温度约在7K左右。当Mo/Nb比例为2:1时，超导性能更加显著。
4.结论
本文通过直流磁控溅射制备MoNb薄膜，并且对其性能进行了研究。结果表明，MoNb薄膜具有良好的化学和力学稳定性，并且在低温时呈现出超导行为。此外，通过控制制备过程中的Mo/Nb比例和沉积时间，可以有效调控MoNb薄膜的组成和形貌，从而满足不同应用场景对膜材料的需求。本研究为MoNb薄膜的应用提供了重要的参考。