氮分压对 ZrN 薄膜结构及颜色的影响

作者:吴键坤 1 2 ,李兆国 2,彭丽萍2,易 勇 1,张继成 2 (1.西南科技大学 材料科学与工程学院,四川 绵阳 621000;2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川 绵阳 621000)

关键词:氮化锆薄膜;磁控溅射;成分与结构;色度

摘要:

采用直流反应磁控溅射法,通过改变反应气体 N2 分压 (5%、10%、20%、30%、40%、50%、 60%),在 SiO2/Si(111)基片上制备 ZrN 薄膜。利用 XRD、SEM、EDS 分析了薄膜的物相、结构、形貌以及成分,使用分光光度计测量了薄膜的反射光谱,并进一步确定了薄膜颜色在 L*a*b* 色度坐标中的位置,研究了氮分压对薄膜颜色的影响,以及 ZrN 薄膜颜色与薄膜成分、结构之间的关系。分析结果表明:在不同的 氮分压下,ZrN 薄膜具有较好的成膜质量;随着氮分压的增加,薄膜沉积速率降低、N 含量增加;薄膜结晶 度先升高后降低、且在氮分压为 10%时,薄膜出现(111)的择优取向;薄膜颜色随薄膜成分结构的改变而 发生明显的变化(颜色由银色向金色、暗金、深褐色以及非本征颜色转变)。当反应气体 N2分压较低时,分压的增加使得锆与氮更容易键合,导致薄膜中 N 含量增加,使 ZrN 结晶度增大并出现择优取向。当 N2分 压超过 10%后,薄膜中多余的氮处于晶格的间隙位置,使得薄膜晶格间距变大且结晶度降低,薄膜成分结构的改变导致了薄膜颜色的变化。

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