編號(hào)：CYYJ04030
篇名：氮流量對(duì)六方氮化硼(hBN)薄膜結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響
作者：張麗紅 張斌 高凱雄 于元烈 唐宏亮 張俊彥
關(guān)鍵詞： hBN薄膜 B靶 N2流量 力學(xué)性能 卷曲結(jié)構(gòu)
機(jī)構(gòu)： 中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所材料磨損與防護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
摘要： 目的研究磁控濺射過(guò)程氮?dú)?N2)流量對(duì)六方氮化硼(hBN)薄膜結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響,為設(shè)計(jì)新型結(jié)構(gòu)hBN薄膜提供新思路,。方法利用中頻電源磁控濺射硼靶,調(diào)節(jié)不同N2流量(6,、12、18,、24,、30,、36 mL/min),沉積4 h后得到hBN薄膜,使用表征工具分析N2流量對(duì)hBN薄膜的組成、微觀結(jié)構(gòu),、表面形貌以及力學(xué)性能的影響,。最后使用透射電子顯微鏡和選區(qū)電子衍射對(duì)所制備薄膜的納米晶粒尺寸和晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)果XRD結(jié)果顯示,薄膜物相主要為hBN,。XPS結(jié)果說(shuō)明,所制備薄膜為富硼hBN薄膜,。薄膜的硬度和彈性模量隨N2引入量的增加呈現(xiàn)先下降,、后上升的趨勢(shì),最大硬度可達(dá)7.21 GPa,對(duì)應(yīng)彈性模量為116.78 GPa,。薄膜最低的硬度值為1.2 GPa,彈性模量為32.68 GPa。薄膜彈性破壞應(yīng)變(H/E*)和塑性變形抗力(H3/E*2)隨N2引入量的增加也呈現(xiàn)先上升、后下降的趨勢(shì),硬度最高薄膜對(duì)應(yīng)的H/E*值為6.414´10-2,H3/E*2值為29.27´10-3GPa,最低硬度值對(duì)應(yīng)的H/E*值為3.819´10-2,H3/E*2值為1.77´10-3GPa,。透射結(jié)果顯示,當(dāng)N2引入量從6 mL/min逐漸增加到36 mL/min時(shí),薄膜微觀結(jié)構(gòu)由結(jié)晶較差的卷曲結(jié)構(gòu)過(guò)渡到局部納米晶結(jié)構(gòu),最后形成結(jié)晶性較好的卷曲結(jié)構(gòu),并再次證明所制備薄膜為hBN,。結(jié)論在中頻磁控濺射沉積hBN薄膜時(shí),通過(guò)調(diào)整N2流量可以有效調(diào)節(jié)薄膜的特殊組成,使結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變,進(jìn)而影響薄膜的力學(xué)性能。
