編號：CYYJ04030
篇名：氮流量對六方氮化硼(hBN)薄膜結構和力學性能的影響
作者：張麗紅 張斌 高凱雄 于元烈 唐宏亮 張俊彥
關鍵詞： hBN薄膜 B靶 N2流量 力學性能 卷曲結構
機構： 中國科學院蘭州化學物理研究所材料磨損與防護重點實驗室
摘要： 目的研究磁控濺射過程氮氣(N2)流量對六方氮化硼(hBN)薄膜結構和力學性能的影響,為設計新型結構hBN薄膜提供新思路。方法利用中頻電源磁控濺射硼靶,調節(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hBN薄膜的組成、微觀結構、表面形貌以及力學性能的影響。最后使用透射電子顯微鏡和選區(qū)電子衍射對所制備薄膜的納米晶粒尺寸和晶體點陣結構進行分析。結果XRD結果顯示,薄膜物相主要為hBN。XPS結果說明,所制備薄膜為富硼hBN薄膜。薄膜的硬度和彈性模量隨N2引入量的增加呈現先下降、后上升的趨勢,最大硬度可達7.21 GPa,對應彈性模量為116.78 GPa。薄膜最低的硬度值為1.2 GPa,彈性模量為32.68 GPa。薄膜彈性破壞應變(H/E*)和塑性變形抗力(H3/E*2)隨N2引入量的增加也呈現先上升、后下降的趨勢,硬度最高薄膜對應的H/E*值為6.414´10-2,H3/E*2值為29.27´10-3GPa,最低硬度值對應的H/E*值為3.819´10-2,H3/E*2值為1.77´10-3GPa。透射結果顯示,當N2引入量從6 mL/min逐漸增加到36 mL/min時,薄膜微觀結構由結晶較差的卷曲結構過渡到局部納米晶結構,最后形成結晶性較好的卷曲結構,并再次證明所制備薄膜為hBN。結論在中頻磁控濺射沉積hBN薄膜時,通過調整N2流量可以有效調節(jié)薄膜的特殊組成,使結構發(fā)生轉變,進而影響薄膜的力學性能。
