| 题名 | 反应磁控溅射制备AlN薄膜及其耐腐蚀性能研究 |
| 作者 | 王雄伟 |
| 答辩日期 | 2018-05-23 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王鹏 |
| 关键词 | 反应磁控溅射 AlN薄膜 腐蚀 极化曲线 电化学阻抗谱 Reactive magnetron sputtering AlN film Corrosion Polarization curve Electrochemical impedance spectroscopy |
| 学位名称 | 工学硕士 |
| 其他题名 | 无 |
| 学位专业 | 材料学 |
| 英文摘要 | AlN作为一种氮化物硬质薄膜，具有优异的物理及电学性能，在集成电路的封装和半导体器件等领域极具应用潜力，因此在使用过程中AlN的稳定性及可靠性显得非常重要。然而潮湿的环境以及腐蚀性介质能大幅度削弱AlN的电学和力学性能，所以AlN的耐蚀性及在腐蚀方面的应用也引起了越来越多的关注和研究。 本文利用中频反应磁控溅射法，采用金属Al靶和N2制备AlN薄膜，克服了直接溅射时N元素含量容易偏低以及由于AlN导电性差易靶中毒的缺点。并通过改变溅射参数以及添加过渡层等研究了不同工艺条件对薄膜微观结构及耐蚀性能的影响，优化了溅射工艺。在此基础上，利用电化学表征方法对所制备的薄膜在不同类型的腐蚀介质中的耐蚀性进行了研究，并分别与传统的TiN、CrN薄膜的耐蚀性进行了比较，同时也初步研究了AlN薄膜的腐蚀磨损性能，得出了以下结论： 1.实验采用中频反应磁控溅射，溅射电流和N2流量对AlN的生成及结构有较大影响，电流过小或N2流量过低时均无AlN生成；合适的基底偏压能改善薄膜质量减少缺陷，偏压过低会使薄膜疏松多孔而过高的偏压会产生反溅射并使薄膜内应力过大；引入Ti过渡层能大幅提高薄膜的耐蚀性。 2.AlN在3.5wt.%的NaCl溶液中的自腐蚀电流最小且低至10-9A/cm2，但在72h的浸泡后会由于逐渐水解而失效，而且在水解过程中产生的NH3会使溶液pH升高。通过比较浸泡有AlN的NaCl和去离子水两种样品溶液的pH值，发现去离子水的pH值上升的速率更显著，因此在NaCl溶液中Cl-对AlN的水解有一定的抑制作用；AlN在0.5M的NaOH溶液中的耐蚀性最差，并且AlN薄膜在3种介质中的腐蚀主要都是由于水解。 3.相比较而言，TiN薄膜在NaCl溶液中的耐蚀性最好，在0.5M的H2SO4溶液中耐蚀性最差；而CrN薄膜在NaOH溶液中的耐蚀性最好，在H2SO4溶液中耐蚀性最差，进一步研究表明表面钝化是其耐蚀性好的关键。 4.在3种不同的腐蚀介质中，AlN和TiN会由于腐蚀而导致极化电阻逐渐下降，而CrN只在0.5M的H2SO4溶液中极化电阻会逐渐下降，在NaCl和NaOH溶液中会由于生成钝化膜导致极化电阻在浸泡过程中逐渐增大。 5.AlN在摩擦磨损条件下对304不锈钢基底具有较好的保护作用，由于较高的硬度，摩擦后其磨痕宽度及深度均远小于304不锈钢。而且摩擦前后AlN的开路电位只出现小幅度下降，并在摩擦结束后又恢复到接近摩擦前的值；相比静态腐蚀而言，磨损腐蚀过程中AlN薄膜自腐蚀电位下降及自腐蚀电流密度上升的幅度都比304不锈钢基底小。 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.licp.cn/handle/362003/25279]  |
| 专题 | 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| 作者单位 | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王雄伟. 反应磁控溅射制备AlN薄膜及其耐腐蚀性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2018. |
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