过渡层对SiC薄膜结构和性能的影响

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本文采用偏压辅助射频磁控溅射法,室温下在单晶Si和奥氏体不锈钢衬底上沉积得到非晶SiC薄膜,经后续不同的退火处理得到晶态SiC薄膜。实验结果表明,在沉积SiC薄膜过程中,适当增大衬底负偏压,可以有效提高SiC薄膜的沉积速率和结晶质量,还可起到抑制SiOx等杂质相形成的作用;适当增大溅射功率也有利于SiC薄膜的生长,同时发现工作气压为0.5Pa时,发生溅射的阈值功率约为130W。另外,溅射气压越低,SiC薄膜中的SiOx杂质就会越少,沉积质量也就会越好。采用分步偏压溅射法制备SiC薄膜,不仅可以提高薄膜的生长速率,还可以有效地改善薄膜的质量。为了提高在不锈钢衬底上生长的SiC薄膜的膜基结合力,本论文从理论上分析了其附着机理,并且重点研究和讨论了在不锈钢衬底上利用Al2O3和TiO2缓冲层来沉积SiC薄膜的工艺及其对薄膜性能的影响,有效的解决了在不锈钢衬底上直接生长SiC薄膜粘附性差的问题。并通过XRD、AFM、FTIR等分析手段,对薄膜的结构、形貌、力学以及光学性能进行了表征。主要内容包括:第一章主要阐述了SiC的晶体结构、基本性质以及机械和理化性质,并对其制备方法、应用和研究现状进行了介绍,最后总结了本论文的主要内容和创新点。第二章介绍了射频磁控溅射法的基本原理以及薄膜的生长过程和机理,另外还对本论文采用的一些基本表征方法进行了简述。第三章探讨了在Si衬底上磁控溅射法制备SiC薄膜的工艺参数(溅射功率、溅射气压以及衬底负偏压)对其生长过程和结构性能的影响;并利用XRD、XPS、AFM、FTIR等分析手段对其进行表征。另外,还重点探讨了分步偏压法制备SiC薄膜的原理、过程以及最终对薄膜质量的影响。第四章简述了薄膜膜基结合力、过渡层技术的基本原理及其选择条件,并对本论文所用到的Al2O3和TiO2过渡层的理化性质进行了进一步的探讨。第五章利用SEM、XRD等分析方法,对不锈钢衬底上生长的SiC单层膜和加入Al2O3、TiO2过渡层后生长的SiC双层膜进行了对比,探讨了过渡层对不锈钢衬底上SiC薄膜的结构、表面形貌、耐腐蚀性以及膜基结合力等性能的影响。第六章结论与展望。
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