B摻雜對Ti薄膜結構與性能的影響-論文.pdf

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1、物理學報ActaPhys．Sin．Vo1．61，No．18(2012)186803B摻雜對Ti薄膜結構與性能的影響冰張玲)2)何智兵2)十廖國)2)諶家軍)許華2)李俊2)1)(西華師范大學物理與電子信息學院，南充637002)2)(中國工程物理研究院激光聚變研究中心，高溫高密度等離子體物理重點實驗室，綿陽621900)(2012年2月2O日收到；2012年3月7日收到修改稿)采用雙靶共濺射方法制備了微量B摻雜的Ti薄膜樣品，利用x射線光電子能譜、掃描電子顯微鏡和x射線衍射儀對樣品的摻雜原子濃度、表面形貌、晶型結構、晶粒尺寸和應力進行了分

2、析表征．研究表明：摻雜后的Ti薄膜晶粒得到明顯細化，并隨著摻雜濃度的增大，薄膜的晶粒尺寸呈減小趨勢，當摻雜濃度為5．50at％時，Ti薄膜晶粒尺寸減小為1．3am，呈現(xiàn)出致密的柱狀結構．B摻雜后的Ti薄膜應力由壓應力轉變?yōu)閺垜ΓP鍵詞：Ti薄膜，B摻雜，表面形貌，磁控濺射PACS：68．55．一a，61．05．cp，81．10．Aj，81．15．Cd美國所研制的Be靶丸在密度與空隙率控制方面還與點火靶丸的需求存在一定的差距．1引言Be靶丸在密度與空隙率控制方面存在的最在激光慣性約束聚變(ICF)物理實驗中，靶丸大障礙在于Be涂層的晶粒尺

3、寸過大，微結構不是物理實驗用靶的重要組成部分．Be(Cu)合金靶理想．如果能將Be涂層的晶粒細化，將有可能減丸相對碳氫靶丸來說，具備不透明度低、抗拉強度少涂層中的空隙缺陷，提高涂層密度與靶丸表面高和熱導率高等優(yōu)點，曾一度成為美國點火物理實光潔度，使得Be靶丸滿足ICF物理實驗用靶的需驗中的首選靶丸【lJ．制備Be(Cu)合金靶丸的方法求[2]．因此對于Be靶丸的制備技術，急需要解決有很多，包括磁控濺射、化學氣相沉積和機械加工的問題是Be殼層的晶粒細化，即納米晶化，甚至等方法，其中由于磁控濺射技術的沉積速率快而且非晶化更為理想【31_在靶丸

4、制備技術研究中，由穩(wěn)定，其在制備成分精確控制的梯度摻雜Be(Cu)于Be具有很高的毒性，不便于廣泛開展Be薄膜合金靶丸方面是其他兩種技術無法替代的．但目的制備技術研究工作．美國的GA和LANL在進前Be(Cu)合金靶丸的制備中還存在諸多的問題，行Be及Be合金靶丸的制備技術研究中，特別是就如Be涂層在制備過程中可能會出現(xiàn)瘤狀結構生生長機理與后續(xù)拋光處理的研究中，都采用物理性長、錐狀結構生長、扭曲狀結構生長模式，這些現(xiàn)質和機械性質與Be相似的替代金屬，如Ti等，來象不僅會降低Be涂層的密度，而且會導致涂層的進行相關研究．Ti薄膜在生長機理與

5、微結構等諸表面粗糙度隨厚度的增加而急劇增大．即使是較為多物理性質上都與Be薄膜有許多相似之處，所以理想的柱狀生長模式，在Be涂層中也存在較多的本文將采用Ti替代Be進行薄膜的晶粒細化技術空隙或晶界缺陷，從而降低靶丸的保氣性能，達不研究[4】．到點火靶丸對涂層空隙率及空隙體積的要求．目前，近年來，對Ti薄膜的微結構及晶粒細化技術，中國工程物理研究院激光聚變研究中心等離子體物理重點實驗室基金(批準號：9140c680501007)資助的課題，tE—mail：he_zhibing@126．com⑥2012中國物理學會ChinesePhysica

6、lSocietyttp：／／wulixb．iphy．a(chǎn)c．cn物理學報AetaPhys．Sin．~o1．61，No．18(2012)186803一些研究人員開展了部分的研究工作，如程炳勛3結果與討論等[5】和段玲瓏等研究了濺射功率和負偏壓對Ti3．1B摻雜Tj薄膜的XPS測試結果膜的影響．施立群等[7]采用直流磁控濺射技術以He／Ar混合氣體為工作氣體制備了Ti膜，研究發(fā)圖1為實驗中制備B摻雜Ti薄膜樣品的XPS現(xiàn)隨He引入量的增加，Ti膜的晶粒尺寸減小，He譜圖，由于樣品所得的XPS圖譜基本相似，文中只引起的晶體點陣參數(shù)和X射線衍射峰寬

7、度增大，晶給出了樣品3的XPS全譜圖．體的無序程度增加．在其他元素摻雜以改變Ti薄膜的微結構及晶粒細化方面，鮮有研究．本文利用直流磁控濺射鍍膜裝置，采用雙靶共濺射方法重點研究了B摻雜對Ti薄膜的晶型結構、表面形貌、‘若晶粒尺寸和應力的影響，并探討了在不同摻雜濃度號下的變化規(guī)律．＼酲2實驗EB／eV2．1實驗方法圖1B摻雜H薄膜的XPS全譜圖選用單面拋光的單晶硅(111)為基片，依次經(jīng)從圖1中可以看出，樣品中含有B，C，N，Ti，O去離子水、丙酮、無水乙醇分別超聲清洗15min等元素．在結合能為284．8，399．1，530．1eV處分別取

8、出用氮氣吹干放入JGP560型超高真空多功出現(xiàn)了C1。，N1，O1的特征峰，這是由于被測樣品能磁控濺射設備的濺射室中．實驗中靶材選在大氣環(huán)境下放置了一段時間，吸附了空氣中的C，用：高純Ti靶(