射频溅射法制备氮化锆薄膜工艺与性能分析①

胡六平

(新余市渝水区罗坊镇中心卫生院 江西新余 338008)

射频溅射法制备氮化锆薄膜工艺与性能分析①

胡六平

(新余市渝水区罗坊镇中心卫生院 江西新余 338008)

现如今口腔不锈钢材料表面已经研发出了许多工艺,本文主要是分析在其表面采用射频电源磁控溅射一层氮化错薄膜对薄膜形貌、颜色等方面的影响。运用这项技术可以大大的减少成本,使材料集外观、美感、安全性为一体,同时还大大的提升了材料的各项性能。

射频溅法 氮化锆薄膜 性能分析

1 溅射镀膜和射频溅射

目前薄膜的制备方法可分为物理气相沉积和化学气相沉积两种。氮化锆薄膜的这项工艺主要是依靠物理气相沉积技术(PVD)制备的。溅射技术制备ZrN薄膜一般采用的是以纯Zr为靶材,一般选用氢气作为溅射用的惰性气体,氢气的溅射率最高。ZrN薄膜的形成主要是用氢离子轰击Zr靶并通入氮气,利用溅射出来的错离子和电离产生的氮离子沉积到基体上。

2 镀膜制备方案

影响膜层结构和性能的直接因素是镀膜的工艺参数。氮气分压、溅射时间、溅射功率、基体加热温度是溅射镀膜工艺的主要参数。我们采用了以下2种方法来对氮化锆薄膜结构和性能的影响进行评估。

2.1 不同氮气分压下的氮化锆薄膜的制备

为了测试不同氮气分压对氮化锆薄膜表面形貌、结构、颜色和性能的影响,保持溅射功率、基体加热温度、溅射时间恒定。功率为200W,时间为30tnin,基体加热温度200℃。氮气分压按25%,35%,45%,55%,65%,75%分别记录到试样序号RF-n-1,RF-n-2,RF-n-3,RF-n-4,RF-n-5,RF-n-6。

图1 溅射功率为150W X射线衍射谱

图2 溅射功率为200W X射线衍射谱

2.2 不同溅射时间下的氮化锆薄膜的制备

为了研究不同溅射时间对氮化锆薄膜表面形貌、结构、颜色和性能的影响,保持溅射功率为200W、基体加热温度为200℃、氮气分压恒定为45%。溅射时间按15、30、45、60min分别记录到试样序号RF-t-1,RF-t-2,RF-t-3,RF-t-4中。

3 实验

3.1 对氮化锆薄膜颜色的影响

(1)氮所分压的影响。为了研究不同氮气分压对射频溅射法制备的氮化锆薄膜颜色的影响,保持溅射功率为200W、基体加热温度为200℃、溅射时间恒定为30min。氮气分压分为选择为25%、35%、45%、55%、65%、75%。从结果可以看出当氮气分压从25%增加到75%时氮化锆薄膜颜色为暗金红色而且几乎没有改变。所以,采用射频溅射法制备氮化2锆,氮气分压对薄膜颜色几乎没有影响。

(2)溅射时间的影响。为了研究不同溅射时间对氮化错薄膜颜色的影响,保持溅射功率200W、基体加热温度200℃、氮气分压恒定为45%。溅射时间选择为15、30、45、60min。当溅射时间从15min增加到60min时氮化错薄膜颜色从淡棕色变为深棕黑色,颜色逐渐加深。所以,采用射频溅射法制备氮化错,随着溅射时间的增加,薄膜的颜色逐渐加深。

3.2 射频溅射X射线衍射分析

图1、图2是溅射功率变化(150、200W),其他工艺参数保持不变,溅射时间30tnin、氮气分压45%、基体加热温度200℃的射频溅射氮化铅薄膜X射线衍射谱图。从图中可以看出溅射功率增加,氮化错薄膜呈现晶态,而且晶态结构稍微变得明显,所以溅射功率对氮化错结构影响很小。

4 结语

(l)该方法溅射过程稳定,沉积薄膜致密,粗糙度很小。(2)氮气分压对薄膜颜色几乎没有影响,而溅射功率和溅射时间增加,薄膜颜色明显变深。(3)当氮气分压从25%上升到35%薄膜的显微硬度呈下降趋势,当氮气分压从35%上升到75%薄膜的显微硬度呈上升趋势;当溅射功率增加时,氮化锆薄膜的显微硬度变化不明显;溅射时间从30min上升到60min时,氮化锆薄膜的显微硬度降低。

[1]黄焱球,刘梅冬,曾亦可,等.ZnO薄膜及其性能研究进展[J].无机材料学报,2001,16(3)：391～397.

[2]杨钰瑛,孙维连,李新领,等.采用中频反应磁控溅射技术沉积氮化锆薄膜[J].材料热处理学报,2007,28(2)：30～32.

R9

A

1672-5654(2011)05(a)-0044-01

胡六平(1975～)：男,汉族,新余市渝水区罗坊镇中心卫生院医师,大专,研究方向;口腔医学。

2011-03-08