高功率脉冲磁控溅射制备的TiN薄膜 应力释放及其结合稳定性研究

摘要：

目的 探究高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)制备的氮化钛(TiN)薄膜在自然时效过程中,应力、薄膜/基体结合性能随时间的变化规律.方法 采用高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)技术,通过调控基体偏压(–50、–150 V),制备出具有不同残余压应力(3.18、7.46 GPa)的TiN薄膜,并采用基片曲率法、X射线衍射法、划痕法和超显微硬度计评价了薄膜的应力、薄膜/基体结合性能、硬度随时间的变化规律.结果 在沉积完成后1 h内,–50 V和–150 V基体偏压下制备的TiN薄膜压应力分别在3.12～3.39 GPa和7.40～7.55 GPa范围内波动,薄膜压应力没有发生明显变化;沉积完成后1～7天,平均每天分别下降28.57 MPa和35.71 MPa;7～30天,平均每天分别下降2.08 MPa和2.50 MPa;30～60天内,平均每天分别下降1.67 MPa和7.00 MPa.其压应力连续下降,且均表现出前期下降速率快,后期下降逐渐放缓的趋势.自然放置60天后,应力基本释放完毕,薄膜性质基本保持稳定.同时,薄膜/基体结合性能随时间逐渐变差,薄膜硬度下降.结论 HPPMS制备的TiN薄膜在自然时效过程中,其残余应力会随时间增加,连续下降,进而影响薄膜的力学性能.

关键词：高功率磁控溅射、氮化钛薄膜、薄膜应力、膜基结合力、自然时效

所属期刊栏目：48

分类号：TG174.4(金属学与热处理)

资助基金：国家自然科学基金31570958,U1330113

在线出版日期：2019-10-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：245-251