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TiN是过渡金属氮化物,具有硬度大、熔点高、抗腐蚀性、抗磨损性及抗氧化性好,良好的导电性和导热性,并且具有独特的金黄色,在机械工业、微电子制造业、珠宝装饰业、玻璃制造业、医学和太阳能吸收等领域具有广泛的应用前景,有关它的制备研究一直十分活跃。离子束辅助沉积法由于具有沉积温度低、离子能量高、膜层致密、附着力强等优点,是目前应用较为广泛的沉积技术。
本文采用离子束辅助沉积技术(IBAD)在玻璃基片和P型Si(111)基底上制备了TiN薄膜,采用单参数变化法研究工艺参数对所制备的TiN薄膜的结构和性能的影响。分别在沉积时间、氮氩气比例、基底温度和衬底上进行参数控制,研究各个参数控制条件下TiN薄膜微观结构、形貌、生长取向的规律性变化；同时研究了各工艺参数控制条件下TiN薄膜沉积速率、显微硬度、致密性及光学性能等,分析并总结TiN薄膜的结构和各种性能之间的联系,以期为高性能TiN薄膜的制备提供依据。
研究结果表明:原子力显微镜(AFM)分析TiN薄膜的显微形貌可知,离子束辅助沉积的TiN薄膜在不同衬底上保持较好的平整性和致密性。X射线衍射仪(XRD)分析TiN薄膜可知,沉积时间太短、氮氩气流量比过大或过小不易生成晶态TiN；在低温下适当增加氮气流量或增加沉积时间可以获得晶态TiN,升高沉积温度有利于晶态TiN的生长,薄膜沿(111)面择优生长。薄膜台阶仪分析TiN薄膜可知,薄膜沉积速率最高可达283nm/min,从分析薄膜的光学性能可知,TiN薄膜的透光率会随着镀膜时间的增加而下降,受厚度影响很大,在厚度相近的条件下,随着氮氩流量比的增加,透过率有一定增大； TiN薄膜的透光率随温度上升有略微上升。TiN薄膜的显微硬度测试表明；TiN薄膜的显微硬度随着沉积时间的增加而增大,合适的氩氮比和基底温度可以获得较高的TiN薄膜显微硬度。通过实验得到了在玻璃衬底上沉积TiN薄膜的适宜工艺参数,为进一步研究和提高TiN薄膜性能提供了一定的参考。