反应磁控溅射制备组分可控的B-C-N薄膜

论文摘要

采用射频磁控溅射方法,以硼和石墨为溅射靶材,通过调控工作气压、基片温度、溅射功率、CH4/N2/Ar气体流量比一系列实验参数,在Si（100）基片上制备不同组分的非晶B-C-N薄膜。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）, X射线衍射（XRD）,X射线光电子能谱（XPS）和纳米压痕测试仪测试方法,分别对B-C-N薄膜的结构,化学组分和硬度进行表征。主要工作如下：（1）红外光谱和X射线衍射图谱表明,我们制备的B-C-N薄膜是B、C、N原子级结合的化合物。在较低范围内同时增加石墨和硼靶溅射功率,单独增加石墨靶溅射功率或者增加基片温度有助于B-C-N薄膜各种化学键的形成；在N2/Ar混合气体中引入CH4或者增大工作气压有利于C=C键的形成；而增大硼靶溅射功率反而不利于薄膜的成键。因此,改变不同的实验参数可以调节B-C-N薄膜的成键状态。（2）在B-C-N三元相图中,大部分制备的薄膜组分沿C-BN等电子浓度线分布。其中,减小N2/Ar流量比、同时增加硼和石墨靶功率或者增加基片温度可以得到较低C含量的组分；而那些较高C含量的组分可以在N2/Ar混合气体中引入CH4来实现。所以,调节一组实验参数可以控制B-C-N薄膜的组分。（3）通过对基片进行研磨预处理并不能改善B-C-N薄膜的硬度,薄膜的硬度受膜基界面的机械处理影响很小。红外光谱分析显示,B-C-N薄膜硬度与成键类型紧密相关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 B-C-N三元化合物的研究背景
• 1.1.1 金刚石与立方氮化硼
• 1.1.2 石墨与六方氮化硼
• 1.2 B-C-N三元化合物的研究概况
• 1.2.1 B-C-N三元化合物的理论研究
• 1.2.2 B-C-N三元化合物的实验合成
• 1.2.3 B-C-N三元化合物的性能研究
• 2 B-C-N薄膜的表征方法
• 2.1 X射线衍射谱（XRD）
• 2.2 傅立叶变换红外光谱（FTIR）
• 2.3 X射线光电子能谱（XPS）
• 2.4 纳米压痕测试仪
• 3 反应磁控溅射制备B-C-N薄膜的原理与工艺
• 3.1 射频磁控溅射沉积系统简介
• 3.2 磁控溅射原理
• 3.3 B-C-N薄膜的制备工艺
• 3.3.1 实验所用靶材与反应气体
• 3.3.2 基片的选择
• 3.3.3 B-C-N薄膜的具体沉积参数
• 3.3.4 B-C-N薄膜的制备过程
• 4 不同实验参数对B-C-N薄膜成键状态的影响
• 4.1 X射线衍射谱
• 4.2 红外光谱
• 4.2.1 同时改变硼石墨靶溅射功率下B-C-N薄膜的红外光谱
• 4.2.2 不同CH4/N2/Ar流量比下B-C-N薄膜的红外光谱
• 4.2.3 不同工作气压下B-C-N薄膜的红外光谱
• 4.2.4 不同基片温度下B-C-N薄膜的红外光谱
• 4.2.5 不同石墨靶溅射功率下B-C-N薄膜的红外光谱
• 4.2.6 不同硼靶溅射功率下B-C-N薄膜的红外光谱
• 4.3 本章小结
• 5 不同实验参数对B-C-N薄膜组分的影响
• 5.1 X射线光电子能谱
• 5.2 B-C-N薄膜组分与实验条件的关系
• 5.2.1 工作气压对B-C-N薄膜组分的影响
• 5.2.2 基片温度对B-C-N薄膜组分的影响
• 5.2.3 溅射功率对B-C-N薄膜组分的影响
• 4/N₂/Ar流量比对B-C-N薄膜组分的影响'>5.2.4 CH₄/N₂/Ar流量比对B-C-N薄膜组分的影响
• 5.3 本章小结
• 6 B-C-N薄膜硬度的研究
• 6.1 基片研磨对B-C-N薄膜硬度的影响
• 6.2 B-C-N薄膜硬度与成键类型的关系
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢