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高功率脉冲磁控溅射管内壁沉积cr薄膜结构及性能

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中国表面工程 2022年第5期35卷 210-216页

作者：吴厚朴田修波郑林林巩春志张辉哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

由于管腔空间限制,物理气相沉积领域中管内壁沉积薄膜的均匀性和质量有待研究和改善。采用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)在直径40 mm、长度120 mm的20#碳钢管内表面进行cr薄膜沉积,并探究管内不同位置沉积cr薄膜的结构和力学性能。采... 详细信息

由于管腔空间限制,物理气相沉积领域中管内壁沉积薄膜的均匀性和质量有待研究和改善。采用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)在直径40 mm、长度120 mm的20#碳钢管内表面进行cr薄膜沉积,并探究管内不同位置沉积cr薄膜的结构和力学性能。采用SEM分析薄膜的截面形貌和厚度变化,采用AFM分析薄膜的表面形貌和表面粗糙度变化,采用XRD分析薄膜的晶相结构和晶粒尺寸,采用球-盘式旋转摩擦磨损试验机对薄膜的耐摩擦磨损性能进行测试。结果表明,随着管内深度的增加,距管口距离为15 mm(位置1)、45 mm(位置2)、75 mm(位置3)和105 mm(位置4)位置的膜层厚度分别为1690 nm、827 nm、210 nm和0 nm。从位置1到位置3,所沉积的cr薄膜表面粗糙度由12.6 nm下降到4.8 nm,晶粒尺寸由15 nm增加到38 nm,摩擦因数由0.68上升到0.89。

关键词：高功率脉冲磁控溅射管内壁 cr薄膜微观结构力学性能

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脉冲放电强度对磁控溅射cr薄膜微观结构的影响

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材料热处理学报 2013年第2期34卷 157-161页

作者：曹政蒋百灵沈建东宁富平张潜西安理工大学材料科学与工程学院陕西西安710048

在脉冲非平衡磁控溅射环境中,通过提高脉冲靶电压(分别为600、700及800 V)使工作气体Ar获得3种不同强度的异常辉光放电状态(单脉冲峰值靶功率密度分别为10、30及70 W/cm2),并分别制备cr薄膜。利用SEM、AFM、XRD及TEM等方法研究、比较了... 详细信息

在脉冲非平衡磁控溅射环境中,通过提高脉冲靶电压(分别为600、700及800 V)使工作气体Ar获得3种不同强度的异常辉光放电状态(单脉冲峰值靶功率密度分别为10、30及70 W/cm2),并分别制备cr薄膜。利用SEM、AFM、XRD及TEM等方法研究、比较了非平衡磁控溅射cr薄膜的微观结构在不同Ar气脉冲异常辉光放电强度条件下的差异。结果表明,随Ar气脉冲异常辉光放电强度的增强:cr薄膜沉积速率显著提高,薄膜表面粗糙度略有增大,但表面颗粒未出现长大现象,且尺寸均匀、细小,择优生长的cr(110)晶面的衍射峰强度明显降低,结晶效果逐渐降低。不同异常辉光放电强度条件下制备的cr薄膜均以柱状方式生长,微观组织呈现出纳米级尺度的晶粒(直径5～10 nm)镶嵌式分布的形态。

关键词：脉冲异常辉光放电非平衡磁控溅射 cr薄膜

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cr薄膜电阻桥的湿法腐蚀工艺参数研究

电子元件与材料 2012年第11期31卷 35-38页

作者：杨生川蒋洪川邓新武张万里闫裔超电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都610054

采用直流磁控溅射法在Al2O3陶瓷基片上沉积了cr薄膜,采用光刻–湿法腐蚀工艺对cr薄膜图形化得到电阻桥。通过实验,详细研究了腐蚀液温度、pH值和硝酸铈铵[(NH4)2Ce(NO3)6]浓度对cr薄膜电阻桥腐蚀效果的影响。实验结果表明,cr薄膜电阻桥... 详细信息

采用直流磁控溅射法在Al2O3陶瓷基片上沉积了cr薄膜,采用光刻–湿法腐蚀工艺对cr薄膜图形化得到电阻桥。通过实验,详细研究了腐蚀液温度、pH值和硝酸铈铵[(NH4)2Ce(NO3)6]浓度对cr薄膜电阻桥腐蚀效果的影响。实验结果表明,cr薄膜电阻桥的最优腐蚀参数为:硝酸铈铵浓度1.16 mol/L,pH值4,30℃水浴恒温。采用该最佳工艺制备的cr薄膜电阻桥的腐蚀速率为180 nm/min,侧蚀为400 nm,桥区边缘线条整齐,其在5A恒流作用下点火效果良好,点火时间约为27.4 ms。

关键词：湿法腐蚀 cr薄膜电阻桥

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基片温度对cr薄膜微结构和力学性能的影响

电子显微学报 2002年第5期21卷 639-640页

作者：劳技军韩增虎胡晓萍李戈扬杨春生上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200030 上海交通大学薄膜与微细技术教育部重点实验室上海200030

由于具有高硬度，良好的耐磨性和抗腐蚀性，由电化学过程制取的硬cr涂层已经大量用于工程构件和光学、表面装饰等领域中。近年来，微机械技术迅速崛起，成为高技术发展的重要方向之一，使cr薄膜有了更广阔的应用前景。目前采用PVD方法... 详细信息

由于具有高硬度，良好的耐磨性和抗腐蚀性，由电化学过程制取的硬cr涂层已经大量用于工程构件和光学、表面装饰等领域中。近年来，微机械技术迅速崛起，成为高技术发展的重要方向之一，使cr薄膜有了更广阔的应用前景。目前采用PVD方法代替电化学沉积来制备cr薄膜的工艺受到越来越广泛的重视，已有不少工作研究了气相沉积cr薄膜的工艺及其性能。本文研究了基片温度对磁控溅射cr薄膜的微结构和力学性能的影响。

关键词：基片温度 cr薄膜微结构力学性能铬薄膜生长速率磁控溅射电子显微分析

集成（B/Ti）n/cr含能薄膜及点火桥的研究

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集成（B/Ti）n/Cr含能薄膜及点火桥的研究

作者：杨生川电子科技大学

学位级别：硕士

薄膜电阻桥是随薄膜技术的发展而诞生的一类薄膜火工品，主要包括半导体电阻桥，金属薄膜电阻桥，含能薄膜桥等。随着微机电系统技术(MEMS)的发展，金属薄膜桥脱颖而出，成为火工品领域研究的热点。本文在cr薄膜电阻桥上集成B/Ti薄膜，... 详细信息

薄膜电阻桥是随薄膜技术的发展而诞生的一类薄膜火工品，主要包括半导体电阻桥，金属薄膜电阻桥，含能薄膜桥等。随着微机电系统技术(MEMS)的发展，金属薄膜桥脱颖而出，成为火工品领域研究的热点。本文在cr薄膜电阻桥上集成B/Ti薄膜，将电能与化学能结合，提高薄膜电阻桥的一致性，安全性和可靠性。主要开展了以下几方面的研究工作：首先，采用磁控溅射法在Al2O3单面抛光陶瓷基片上制备cr薄膜，研究了溅射参数对薄膜性能的影响。结果表明：cr薄膜的沉积速率随工作气压的增大呈先增大后减小的趋势，随溅射功率的增大而增大。当薄膜厚度小于2μm时，薄膜的电阻率随着厚度的增加而迅速减小，当薄膜厚度大于2μm时，薄膜电阻率随厚度的增加变化率减小。优化的cr薄膜溅射参数为背底真空度为6×10Pa，溅射气压为0.9Pa，溅射功率为128W，靶基距为7cm，溅射时间为1.5h。在优化条件下制备的cr薄膜厚度为2.1μm，电阻率为126μ·m。其次，采用光刻—湿法腐蚀工艺图形化cr薄膜制备电阻桥。研究了温度、腐蚀溶液浓度、pH值对cr电阻桥腐蚀效果的影响。结果表明：腐蚀速率主要和温度有关，随温度的升高而增加。侧蚀量随温度的升高先减小后增加，30℃时侧蚀量最小，只有0.5μm，腐蚀速率为200nm/min。侧蚀随着硝酸铈铵溶液浓度的增加而减小，当溶液饱和时，侧蚀最小，为0.4μm。pH值主要影响cr薄膜电阻桥的表面状况。第三，采用剥离法在cr电阻桥焊盘处沉积约3.6μm厚的Cu膜，获得cr薄膜电阻桥样品，对样品加载恒流进行点火性能测试。结果表明：电阻桥的点火效果主要跟点火电流和桥区尺寸相关。当点火电流较小(1.5A)时，样品难以发火。当点火电流增加到3A时，样品均能成功发火。当桥区线宽相同时，长度越长，点火效果越好，而当桥区长度相同时，线宽越窄点火效果越好。最后，采用磁控溅射和掩模图形化工艺在cr电阻桥桥区上沉积40层，总厚度约5μm的B/Ti多层膜，其中第一层B膜厚度为1μm，其余每层厚度为0.1μm。测试结果表明，B/Ti反应多层膜能明显增强电阻桥点火效果，但是比涂敷黑火药点火效果差。

关键词： cr薄膜磁控溅射湿法腐蚀电阻桥 B/Ti反应多层膜

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磁控溅射系统中磁场分布及膜厚均匀性研究

磁控溅射系统中磁场分布及膜厚均匀性研究

作者：杨波西安理工大学

学位级别：硕士

本文利用Ansys有限元软件研究了磁控溅射系统中磁控管磁场分布,并采用自制的磁控管制备了纯cr膜层。通过磁控管放电特性研究了磁场分布对电子约束能力的影响;通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了不同磁场分布对纯cr膜层微... 详细信息

本文利用Ansys有限元软件研究了磁控溅射系统中磁控管磁场分布,并采用自制的磁控管制备了纯cr膜层。通过磁控管放电特性研究了磁场分布对电子约束能力的影响;通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了不同磁场分布对纯cr膜层微观组织形貌和择优生长取向的影响。建立了UDP-450磁控溅射设备真空腔内膜厚空间位置分布模型,并对实验结果与模型计算结果进行了分析比较。研究结果表明：磁控管内磁轭和下层铁氧体材料相对磁导率的增大均有利于靶面磁场的增大;内外磁极间加导磁片能有效均匀靶表面磁场。磁控溅射磁控管放电曲线满足公式I=kVn,且n值受靶表面磁感强度和非平衡度共同影响,随靶表面磁感强度增加而变大,但随磁场非平衡增加而降低。磁控管恒压工作模式下,随靶面磁感强度的增加,纯cr膜层由均匀、致密的细小纤维组织向粗大、多孔的柱状晶转变;同时膜层择优生长面由(200)晶面逐渐变为(110)晶面。膜厚分布模型分析结果表明,薄膜均匀性为空间位置的函数关系。膜厚横向均匀性随靶基径向距离增加而变好,而轴向均匀性随空间位置变化较小,但轴向均匀性均优于横向均匀性,在轴向-75mm到75mm均匀性较好。

关键词：磁控溅射 Ansys有限元模拟磁场分布 cr薄膜均匀性

电-磁场复合增强HiPIMS管内cr膜沉积研究

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电-磁场复合增强HiPIMS管内Cr膜沉积研究

作者：郑林林哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

管状工件内表面涂层制备相比于一些其他平面件镀膜会有更多的技术障碍,对于复杂的和小尺寸的管道类型,现有的优异的处理方法不能被应用,不能够得到性能优异的膜层,同时管内径的限制和不能在管上施加负偏压也是一个亟需解决的棘手问题。H... 详细信息

管状工件内表面涂层制备相比于一些其他平面件镀膜会有更多的技术障碍,对于复杂的和小尺寸的管道类型,现有的优异的处理方法不能被应用,不能够得到性能优异的膜层,同时管内径的限制和不能在管上施加负偏压也是一个亟需解决的棘手问题。Hi PIMS技术具有膜层致密、膜基结合力好、良好的绕镀性以及高等离子体密度等优势。而辅助阳极牵引作用和励磁线圈的推动能进一步增强管内等离子体密度和改善管内等离子体分布。针对管内径的限制以及膜层性能的问题,本文提出一种利用辅助阳极和励磁线圈优化等离子体进入整个管道内部深度,提高管内壁薄膜质量的方法。辅助阳极和励磁线圈增强Hi PIMS管内放电特性结果表明,对于由管口至管尾的四个不同位置,随着辅助阳极电压的升高,基体电流的峰值均有不同程度的增加,特别是管尾位置,和不加辅助阳极相比,辅助阳极电压60V的基体电流峰值明显增加。辅助阳极通过对电子的牵引以及改变与阴极靶之间的电势差来增强管内离化的作用,使基体电流均匀性提高。励磁线圈电流增加,管尾基体电流随之增加,磁场的非平衡度增强,使电子向管尾运动从而增强离化。随着基体负偏压的增加,管尾基体电流增大,基体电流整体均匀性提高。管口位置cr薄膜的结构和力学性能分析结果表明,随着靶材离化率增大,有利于管内深处膜层的沉积,在管尾能沉积1.5μm厚的Cu膜,而在管尾不能沉积上cr,并且膜层结构更致密,表面更光滑平整,膜基结合力和耐磨性能也有提高。随着辅助阳极电压的增加,薄膜在管内沉积的距离可能会变长。当辅助阳极电压为60V时,可以在最远的位置制备薄膜,晶粒尺寸更细小,硬度最大,并且具有较好的膜基结合性能和耐摩擦磨损性能。当线圈电流为4A时,在管的中部生长了一层97nm厚的薄膜,晶粒尺寸较小,结构致密。薄膜具有良好的膜基结合力和摩擦学性能。在辅助阳极电压60V,励磁线圈电流4A时,管内不同位置cr薄膜的结构和力学性能分析结果表明,随着与管口的距离越远,膜层厚度越小,能在管中位置沉积210nm厚度的膜层。并且膜层结构均很致密,柱状晶已经呈现出向不定型态转变的趋势,没有多孔和凹坑的现象存在,晶粒细小。膜基结合性能和耐磨性能也总体差异不大。

关键词：高功率脉冲磁控溅射电-磁场管内壁 cr薄膜

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MEMS固体微推进器的设计与制备

MEMS固体微推进器的设计与制备

作者：徐超国防科学技术大学

学位级别：硕士

MEMS固体微推进器是一种新型的微推进系统,主要用于微型航天器的位置保持、姿态控制、引力补偿和轨道调整。本论文对MEMS固体微推进器的设计与制备进行了系统的介绍,制备出了基于2英寸直径基片的4×4阵列MEMS固体微推进器原理样机,并成... 详细信息

MEMS固体微推进器是一种新型的微推进系统,主要用于微型航天器的位置保持、姿态控制、引力补偿和轨道调整。本论文对MEMS固体微推进器的设计与制备进行了系统的介绍,制备出了基于2英寸直径基片的4×4阵列MEMS固体微推进器原理样机,并成功地实现了点火试验及微推力测试。该原理样机采用三明治式结构设计,其底部为点火电路层,中间部分为燃烧室层,顶部为喷管层。喷管层采用直径为40mm、厚度为1mm的热氧化硅片,利用硅的各向异性湿法腐蚀原理进行制造,制备出了4×4阵列具有收敛-扩张段的拉瓦尔微喷管,喷管喉部截面积,扩张比。燃烧室层采用直径为 40mm、厚度为2mm的微晶玻璃,利用精密机械加工方法进行制造,制备出的燃烧室直径为2mm,高度为2mm。点火电路基片采用直径为2英寸的微晶玻璃片,并首次采用金属cr作为点火电阻材料,通过磁控溅射镀膜、光刻以及cr的湿法腐蚀工艺制备出了cr薄膜点火电阻。4.80×10 ?7 m24.08 实验研究了cr薄膜点火电阻在不同基片(硅片、微晶玻璃片)上的通电发热特性,发现硅片由于导热性好,使得点火电阻难以达到较高的温度,而微晶玻璃片上的cr薄膜点火电阻在通电后可以很容易地达到炽红状态甚至熔断。设计了并联图形的点火电阻。实验研究表明:并联设计是降低电阻阻值的途径之一,采用并联的图形设计方式可以增大点火电阻与推进剂的接触面积,具有加热区域广,点火成功率高的特点。使用ANSYS有限元软件仿真了点火电阻在通电发热时的温度场,温度场分布图与通电试验所得到的发热图形非常接近。通过仿真发现在相同的发热功率条件下,单根点火电阻的温度远高于并联点火电阻,且电阻的线宽越细电阻的温度越高。通过实验方法选择了对微尺度加热区域十分敏感的高氮燃烧剂BTATZ作为固体微推进器的推进剂,并对4×4阵列MEMS固体微推进器的12个推进单元进行了推力测试。测试结果表明,点火成功率为100%,点火电压不高于30V,最低点火功率为6.66W,平均推力约为0.2mN,脉冲冲量介于100μN?s之间。

关键词： MEMS 微推进器固体推进剂 cr薄膜点火电阻推力测试

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纳米高度标准样品的制备与标定

广州化工 2014年第15期42卷 89-91,121页

作者：周毅周艳霞李伟熊健西藏大学理学院西藏拉萨850000

研究以金属cr为例进行。采用射频磁控溅射法,在Si/SiO2及玻璃基底上溅射制备了不同参数的cr薄膜,研究了不同溅射功率、沉积气压、靶基距等参数对cr膜的影响,以满足纳米台阶高度标准样品的制备需要,为标样的化学稳定性提供了保障。

关键词：纳米高度标准样品 cr薄膜平整度磁控溅射