离子束沉积YSZ薄膜的生长竞争机制研究

作     者：闫保军 

作者单位：北京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李英兰;王志

授予年度：2010年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：缓冲层 双轴织构 离子束沉积 YSZ薄膜 择优取向 竞争机制 

摘      要：本文采用不同的工艺参数,用离子束溅射沉积和离子束辅助沉积(IBAD)方法制备了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)缓冲层薄膜,用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等方法对样品进行了表征,研究了YSZ薄膜沉积过程中两种晶粒取向的生长竞争机制。 首先,用IBAD方法,通过改变辅助源能量和束流密度,在玻璃和Hastelloy衬底上制备YSZ薄膜,得出了最佳的工艺参数。最优试验参数为辅助源能量E=270eV,束流密度Ja=0.51mA/cm2;并且在相同的离子/原子到达比条件下,研究了YSZ薄膜的生长情况,发现辅助离子能够提高面外取向和面内织构的程度,但过高的能量会对薄膜的面外取向和面内织构有不利的影响。 其次,在玻璃和Hastelloy衬底上,采用相同的溅射参数和辅助离子束参数在不同的沉积时间内制备了不同厚度的IBAD-YSZ薄膜,同时制备了相同沉积时间的没有离子束辅助沉积(non-IBAD)的样品。采用了对照研究的方法,研究了不同生长阶段的IBAD和non-IBAD制备的薄膜的表面微结构和取向,讨论了IBAD过程中YSZ薄膜双轴织构的形成。并且研究了non-IBAD时不同溅射能量条件下和低能低束流条件下制备的YSZ薄膜的生长情况,发现离子束辅助沉积有助于YSZ薄膜从(220)取向转化为(200)取向。 第三,在没有离子束辅助沉积时,通过与有辅助源存在进行沉积时的结果对比,我们改变沉积原子的入射角度制备了non-IBAD样品,研究了入射角度对薄膜取向的影响,发现随着入射角度的增加,晶粒两种取向呈现出规律性的变化。