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TiN是第一个产业化并广泛应用的硬质薄膜材料,有关它的制备研究一直十分活跃,已成为国内外硬质涂层研究的热点。由于其具有较高的硬度和耐磨性能、独特的金黄色、低电阻率以及阻挡扩散层性质,在刀具、模具、装饰材料和集成电路中都具有重要的应用价值。以往较少地在TiN薄膜微观结构和各种性能之间的联系上进行研究和探索,更缺乏对TiN薄膜生长过程进行深刻地了解和探究。因此,本论文主要集中于研究TiN薄膜溅射沉积的微观过程分析、薄膜生长过程及理论的探索、薄膜微观结构和成分与性能之间的规律性联系等方面,增强TiN薄膜性能应用研究的科学理论基础,以期为高性能TiN薄膜的制备提供依据。本文采用反应磁控溅射法制备TiN薄膜,并分别在沉积时间、工作总压、氮气分压、基底温度和衬底偏压上进行参数控制,研究各个参数控制条件下TiN薄膜微观结构、形貌、成分、生长取向的规律性变化;同时研究了各工艺参数控制条件下TiN薄膜沉积速率、显微硬度、致密性及膜基结合性能等,分析并总结TiN薄膜微观结构和各种性能之间的密切联系。在几个工艺参数中,对TiN薄膜结构、形貌和性能影响最大的是氮气分压、基底温度和衬底偏压。本文针对此三个参数对TiN薄膜微观结构、生长取向及性能的影响进行了较为深入的分析和研究,并获得了一些相关规律。同时研究了薄膜表面能Shkl和应变能Uhkl对TiN薄膜生长取向的控制影响。根据TiN薄膜具有NaCl型的面心立方晶体结构,研究表明:薄膜表面能Shkl和薄膜应变能Uhkl的大小均与薄膜生长取向有关。当薄膜膜厚较小时,表面能控制TiN薄膜的生长并显示出｛100｝取向生长趋势;而当薄膜膜厚较大时,应变能占主导因素,使薄膜呈现出｛111｝择优取向。其结果都是为了减小TiN薄膜体系的自由能。最后,本论文从微观粒子的相互作用和输运出发,分析了粒子通量形式的溅射速率,建立了TiN薄膜生长速率模型,对TiN薄膜成核长大过程进行了研究,运用薄膜的成核长大热力学及动力学理论分析TiN薄膜晶粒尺寸大小。研究表明:TiN薄膜生长速率方程只需将气态源产生步骤与扩散步骤耦合即可得到;在不同的沉积温度条件下,薄膜成核长大热力学与动力学对TiN薄膜的生长控制的主导地位不同。以上为进一步研究TiN薄膜微观沉积及生长过程、提高TiN薄膜性能等提供了理论上的参考。