CrN薄膜的制备

图1-2 薄膜生长类型 胡传炘主编. 表面处理手册. 北京：北京工业大学出版社， 2004，3：27-28
利用磁控溅射法制备CrN薄膜
磁控溅射
CrN 薄膜的制备一般都采用物理气相沉积(PVD)的方法，主要包括 如下几种:空心阴极法，离子束增强沉积技术、多弧离子镀、反应离子镀 和磁控溅射等。 磁控溅射是一种高溅射速率、低基片加热温度的溅射技术，称为高 速低温溅射技术，它是工业应用实际中最有成效和最有发展前景的溅射 工艺，是最重要的薄膜工业生产手段。磁控溅射制备薄膜的优势：(1) 有利于制备高纯度的化合物薄膜；(2) 可以通过调节薄膜的组成来调控 薄膜性能。(3) 对基板材料的限制较少。(4) 磁控溅射适于制备大面积均 匀薄膜。
图 1-5 不同 Ar/N2流量比下制备的 CrN 薄膜表面形貌(a) Ar/N2流量比=10:2，(b) Ar/N2流量比=10:4(c) Ar/N2流量比=10:6，(d) Ar/N2流量比=10:8
王泽明.高功率脉冲磁控溅射注入与沉积技术研究及 CrN 薄膜制备,硕士论文，2010
利用磁控溅射法制备CrN薄膜
利用磁控溅射法制备CrN薄膜
利用磁控溅射法制备CrN薄膜
Deposition of CrN Films by Magnetron Sputtering
利用磁控溅射法制备CrN薄膜
CrN薄膜应用背景
CrN 薄膜因其高硬度、耐腐蚀、摩擦系数低以及抗高温氧化性等优良 的综合力学性能，被广泛的应用于工业模具、刀具等的耐磨改性层，很大 程度上提高其使用寿命和切削速率，是目前工业研究和应用最为广泛的薄 膜之一。
图 1-7 不同 Ar/N2流量比下薄膜XRD
王泽明.高功率脉冲磁控溅射注入与沉积技术研究及 CrN 薄膜制备,硕士论文，2010
利用磁控溅射法制备CrN薄膜
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茅昕辉, 陈国平, 蔡炳初. 反应磁控溅射的发展. 真空. 2001,(4): 1～7
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利用磁控溅射法制备CrN薄膜
磁控溅射原理及直流磁控设备实物图见图１－３
图1-3（a）原理图
图1-3（b）设备实物图
姜银方，朱元右，戈晓岚. 现代表面工程技术. 北京：化学工业出版社，2005，11：164-165
图1-1 CrN薄膜的主要应用 田俊红. 磁控溅射制备 CrNx薄膜及其结构和性能研究. 真空与低温. 2007, 13(3),159~162
利用磁控溅射法制备CrN薄膜
薄膜生长类型
薄膜的生长有三种基本类型，分别为：核生长型、单层生长 型、单层上再长核型。薄膜以哪一种形式生长，由薄膜物质凝聚 力的大小、薄膜与基片吸附力的大小、基片温度等因素决定，薄 膜生长的3种类型分别如图1-2（a）、（b）、（c）所示。
图1-4 磁控溅射源
姜银方，朱元右，戈晓岚. 现代表面工程技术. 北京：化学工业出版社，2005，11：164-165
利用磁控溅射法制备CrN薄膜
制备流程
实验预 处理 清洗 衬底 装样品
通入工作气 体Ar和N2
抽真空
沉积CrN薄膜
取样 关机
利用磁控溅射法制备CrN薄膜
图 1-5 为不同 Ar/N2流量比下制备的 CrN 薄膜表面形貌。
利用磁控溅射法制备CrN薄膜
目前普遍使用的磁控溅射镀膜机主要由真空室、排气系统、磁控溅射 源系统和控制系统四部分组成。其中磁控溅射源有多种结构形式，按结构 分，磁控溅射源主要有实心柱状、空心柱状磁控靶、S枪、平面磁控溅射 靶四种，见图１－４。
(a)实心柱状
(b)平面磁控溅射靶
(c)空心柱状磁控靶
(d)S枪
图 1-6为不锈钢基体上在不同 Ar/N2流量比条件下所制备 CrN 薄膜的硬度和弹性模量的变化情况。
图 1-6 不同 Ar/N2流量比下薄膜硬度和弹性模量
王泽明.高功率脉冲磁控溅射注入与沉积技术研究及 CrN 薄膜制备,硕士论文，2010
利用磁控溅射法制备CrN薄膜
不同 Ar/N2流量比下的薄膜XRD 相结构分析