石墨靶功率對(duì)BCN薄膜質(zhì)量的研究

王健

【摘 要】隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)材料的需求越來(lái)越大，并且對(duì)其性能的要求越來(lái)越高，尤其對(duì)于一些大型機(jī)械設(shè)備，由于長(zhǎng)時(shí)間的工作，設(shè)備的老化以及機(jī)械零件的磨損是不可避免的，這樣就可能增加維護(hù)的費(fèi)用和生產(chǎn)的成本。那么，如何提高設(shè)備的使用壽命，減小設(shè)備之間的磨損就成為一個(gè)重要的課題。本文主要通過(guò)物理沉積方法（射頻磁控濺射）來(lái)制備一種硬質(zhì)薄膜（BCN），通過(guò)選擇合適的靶材（碳靶）和通入理想的氣體（甲烷和氮?dú)猓┻M(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)XRD衍射，臺(tái)階儀以及原子力顯微鏡對(duì)薄膜進(jìn)行表征分析其薄膜的質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】磁控濺射；BCN薄膜；靶材

0 引言

BCN薄膜是很多研究者長(zhǎng)期研究的課題，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)與金剛石結(jié)構(gòu)很相似，所以研究者們認(rèn)為它應(yīng)該具備金剛石的特點(diǎn)，硬度極高，抗摩擦特性很好，而且具備優(yōu)良的電學(xué)光學(xué)性能。

眾多科研人員首先建立模型，通過(guò)模擬其結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論分析，發(fā)現(xiàn)其硬度可以接近金剛石的硬度，其摩擦磨損特性也極其優(yōu)良，所以很多研究者投身于其實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究也初見成效，國(guó)內(nèi)外大量文章也出版了相關(guān)研究結(jié)果，結(jié)果表明BCN薄膜的硬度可以接近44GPa，其性能可以得到很大的應(yīng)用。其性能指標(biāo)見

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)所使用的設(shè)備是射頻磁控濺射，此設(shè)備是在真空下進(jìn)行的，所以薄膜中雜質(zhì)含量很低，而且靶材和氣體的純度很高，這些都可以很好的控制制備的BCN薄膜中的雜質(zhì)含量。為了使薄膜與基片之間有很好的結(jié)合力我們?cè)诔练e之前會(huì)給基片加熱一段時(shí)間，這樣有利于提高膜基的結(jié)合力，使薄膜更加的牢靠。實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后也需要保證溫度恢復(fù)到室溫時(shí)才開啟設(shè)備的真空室，避免溫度過(guò)高影響薄膜的質(zhì)量。

本論文主要是通過(guò)調(diào)節(jié)靶功率來(lái)研究BCN薄膜相關(guān)性能的變化，相關(guān)參數(shù)見表3。

1.1 XRD分析

我們對(duì)制備的三個(gè)樣品進(jìn)行了XRD的測(cè)量， XRD的測(cè)試結(jié)果表明，在圖譜上除了基底峰以外沒(méi)有其他的峰位出現(xiàn)，說(shuō)明制備的BCN薄膜并非晶體，而是非晶結(jié)構(gòu)，這與Xiangyang Chen[1]等幾乎所有研究者的結(jié)果一致。

1.2 傅里葉紅外光譜（FTIR）結(jié)果分析

然后，在其他實(shí)驗(yàn)條件不變的前提下改變石墨靶的功率，功率分別為50W，100W，150W，得到圖2所示的紅外圖譜。通過(guò)圖譜可以看到在2200 cm-1和1600 cm-1的位置可以觀察到有兩個(gè)較明顯的吸收峰。在1100cm-1吸收峰對(duì)應(yīng)的是B-C鍵[2]，1400 cm-1吸收峰對(duì)應(yīng)的是B-N鍵[3]，1300 cm-1吸收峰對(duì)應(yīng)的是C-N鍵[4]，位于1600 cm-1處的C=C以及C=N雙鍵。這些價(jià)鍵的形成說(shuō)明BCN三種原子之間不是單純的物理疊加而是形成了化合，成為BCN化合物。并且通過(guò)圖譜可以看到，隨著靶功率的增加，對(duì)應(yīng)價(jià)鍵的強(qiáng)度也是不斷增加的，說(shuō)明功率的增加有利于BCN三元化合物的形成。

2 結(jié)論

本論文通過(guò)磁控濺射的方法沉積了BCN薄膜，通過(guò)改變石墨靶的功率研究BCN三元化合物的形成。通過(guò)XRD和傅里葉紅外光譜的分析，發(fā)現(xiàn)BCN薄膜是非晶結(jié)構(gòu)的三元化合物，并且隨著靶功率的增加BCN薄膜沉積的更加完整。

【參考文獻(xiàn)】

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