AlNVN纳米多层膜的共格生长与超硬效应.pdfVIP

第40卷第12期 机械工程学报 V0l40N012 2004年12月 Dec． 2004 CHINESE AlNⅣN纳米多层膜的共格生长与超硬效应+ 李戈扬 劳技军 田家万韩增虎 (上海交遥大学金属基复合材料国家重点实验室上海200030) 响。一系列不同调制周期的AlN，vN多层膜采用反应磁控溅射法制各，多层膜的微结构采用小角度x射线衍射和 高分辨电子显微镜表征，利用微力学探针测量了多层膜的力学性能。结果表明：亚稳的c．AlN因vN的“模板” 作用生成于小调制周期的纳米多层膜中，并与vN形成共格外延生长的超晶格柱状晶，从而使多层膜产生硬度和 弹性模量升高的超硬效应。随调制周期的增大，c．AlN转变为稳定的六方结构(h．AlN)，使多层膜形成纳米晶的“砖 墙”型结构。此时多层膜的硬度和弹性模量与混合法则所得值相当。AlN，vN纳米多层膜在小调制周期下产生的 超硬效应与c—AlN形成带来的性质变化以及c．AlN与vN形成共格结构所产生的界面交变应变场有关。 关键词：AlN^，N纳米多层膜亚稳相立方氮化铝超硬效应 TGll5 中图分类号：0484 一种仅以稳定的fcc结构存在的材料，并且vN的 m鸭ⅡvN= 0前言 晶格常数更接近于c．A1N(口m=O．424 0．414 m吲，口。A】N：o．404～O．412nm1)。采用vN 由两种材料以纳米量级交替沉积形成的纳米多 作为模板，更有利于c．AlN的形成。 层膜存在硬度异常升高的超硬效应。一些纳米多层 膜的材料体系的硬度可达到50GPa以上，从而展示 1试验 出在耐磨涂层上的广阔应用前景，并使纳米多层膜 的强化机制成为近年来薄膜研究的热点之一。近年 来的研究发现，两种材料交替沉积形成多层结构时， 层膜和AlN、vN单层膜在ANEL～rAsPc．350多靶 由于一沉积层的“模板”作用，另一沉积层可以形 磁控溅射仪上采用反应溅射方法制备。≯75mm的 成亚稳相并在小调制周期的多层膜内稳定存在。而 随多层膜调制周期以的增加，亚稳相又会转变为其 的射频阴极和直流阴极上。抛光的单晶硅基片经丙 热力学稳定结构。这种微结构的转变还伴随着力学 酮和无水乙醇超声波清洗后置于可转动的基片架 性能的变化，从而使纳米多层膜的强化机制更加复 上，通过基片在A1靶和v靶前交替停留获得具有 杂。为了探讨亚稳相对多层膜力学性能的影响，研 成分调制结构的多层膜。试验中真空室的背底真空 究了AlNⅣN纳米多层膜的微结构变化及其对薄膜 Pa，A1靶的功 力学性能的影响。 分别为pAr；4×10_1Pa，pN．=O．5×10_1 选择A1N^，N多层膜作为研究对象主要基于如 下两点考虑：首先，NaCl结构的立方AlN(c．A1N) 基片在靶前停留的时间，获得一系列不同成分调制 是一种很难得到的高压相。室温下需22GPa以上的 周期的AlN／vN多层膜。薄膜的总厚度为2um。 压力，AIN才能由其稳定的六方结构fh．AlN)转变为多层膜的调制周期采用小角度x射线衍射 800 亚稳的立方结构…。即使在1 K的高温下，这一