磁控濺射法制備氮化鈦薄膜及其結構與電性能研究.pdf

1、氮化鈦是過渡金屬氮化物，它由離子鍵、金屬鍵和共價鍵混合而成，它具有高強度、高硬度、耐高溫、耐酸堿侵蝕、耐磨損以及良好的導電性、導熱性和優(yōu)良的光學性能等一系列優(yōu)點，廣泛用于制備金屬陶瓷、切削工具、模具、熔煉金屬用坩堝、熔鹽電解金屬用電極的襯里材料、電觸點和金屬表面的被覆材料以及太陽能選擇性透射膜。 本文采用直流反應磁控濺射法在P型Si(111)基底上制備TiN薄膜，采用單參數變化法研究工藝參數對所制備的TiN薄膜的結構和電學性能的

2、影響。通過正交實驗設計，研究各參數對薄膜導電性能的影響程度，并分別研究濺射電流、氬氣與氮氣流量比和基底溫度對TiN單層薄膜及Ti/TiN雙層薄膜的組分、結晶取向、表面形貌、電學性能的影響，分析并總結了濺射TiN薄膜工藝參數變化對薄膜性能的影響規(guī)律，為高性能TiN薄膜的制備提供了實驗依據。 本文的研究表明，對于TIN單層薄膜，改變?yōu)R射電流所制備的薄膜主要成分為立方相TiN，濺射電流為0.35A時是擇優(yōu)取向由(111)向(200)轉

3、變的轉折點，隨著濺射電流的增大，薄膜厚度和均方粗糙度增大，電阻率先減小后增大；改變氬氣與氮氣流量比所制備的薄膜主要成分是(200)擇優(yōu)取向的立方相TiN，隨著氬氣與氮氣流量比的增加，薄膜厚度逐漸增大，而表面粗糙度與電阻率先減小后增大，當氬氣與氮氣流量比為15:1時，薄膜表面粗糙度和電阻率達到最小值；改變基底溫度所制備的薄膜主要成分為立方相TiN，240℃附近是擇優(yōu)取向由(111)向(200)轉變的臨界點，隨著基底溫度的升高，TiN薄膜的

4、電阻率顯著降低。 對于Ti/TiN雙層薄膜，改變?yōu)R射電流所制備的薄膜由密排六方結構的Ti，四方結構的Ti2N和面心立方結構的TiN三相組成，隨著濺射電流的增大，電阻率顯著減??；改變氬氣與氮氣流量比所制備的薄膜由密排六方結構的Ti和面心立方結構的TiN兩相組成，隨著氬氣與氮氣流量比的增大，導電性能逐漸變好。Ti/TiN雙層薄膜的顆粒平均粒徑與表面粗糙度均小于TiN單層薄膜，而其電阻率與TiN單層薄膜相比更大。 本論文的研究