Mo、MO-Nb和MO-Ti薄膜的制备与性能

• 作 者: 胡丹
• 机 构: 西安理工大学
• 出 处: 西安理工大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 钼合金薄膜 磁控溅射 微观结构 电学性能 力学性能 抗氧化性能

本文采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制备了纯Mo、Mo-Nb与Mo-Ti薄膜。对所制备薄膜的物相组成、晶体结构以及微观组织结构进行了观察和分析，对薄膜的电学性能、力学性能及抗氧化性能进行了研究，并分析和讨论了制备工艺对薄膜的微观结构与性能的影响规律，深入探讨了所制备薄膜微观组织变化对其性能的影响机制。　　沉积态纯Mo、Mo-No-与Mo-Ti薄膜均沿Mo(110)晶面择优生长，同时Mo的衍射峰均向低角度偏移，即晶面间距变大。纯Mo薄膜的衍射峰强度大，衍射峰半高宽小，说明结晶程度较好，而Mo-Nb与Mo-Ti薄膜的衍射峰强度减弱，且存在不同程度的峰宽化，结晶效果减弱。薄膜呈柱状结构并垂直于基体表面，其中Mo-Nb与Mo-Ti薄膜出现了多层结构，并出现了较明显的非晶化趋势。随着添加Nb、Ti量的增加，薄膜表面形貌由圆形与椭圆形变为针棒状，颗粒间存在孔洞也变少，同时薄膜表面呈较整齐的岛状。　　纯Mo薄膜的电阻率随着钼靶电流的增大呈下降趋势，Mo-Nb与Mo-Ti薄膜的电阻率低于纯Mo薄膜。纯Mo膜的硬度随着电流的增大呈下降的趋势，而弹性模量的变化趋势则相反。添加合金元素Nb、Ti可以提高薄膜的力学性能（屈服强度）。合金薄膜的屈服强度增加主要受固溶强化和细晶强化作用。添加合金元素Nb、Ti后提高了薄膜的抗氧化性能，综合考虑表面形貌、氧化增重及XRD分析结果可以得到Mo靶和Ti靶电流均为1A时的薄膜抗氧化能力最强。　　退火处理后使Mo-Nb与Mo-Ti薄膜发生了晶化和晶粒长大，并且有助于残余应力的释放。随着退火温度的升高，薄膜与Si基体反应形成了高电阻率的MoSi2六方相。600℃退火后薄膜的电阻率明显有所降低，随退火温度的升高，电阻率不断增加。不同温度退火对Mo-Nb与Mo-Ti薄膜的电阻率值有不同的影响，影响电阻率变化的主要因素是晶粒长大、薄膜状态稳定化、表层氧化物以及薄膜中相组成。