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NbN、WN_x单层膜以及NbN基多层膜的微观结构和力学性能研究

文懋  
【摘要】: 过渡族金属氮化物具有优异的物理性能,如高硬度、高熔点、高电导率及高化学稳定性等,使其广泛应用于微电子器件、微电子机械系统和切削刀具的硬质保护涂层。过渡族金属氮化物薄膜的各种性能强烈依赖于薄膜的择优取向和相结构,因此为了获得理想的薄膜性能,控制薄膜的择优取向和相结构十分必要。尤其随着工业的发展,从对单一性能薄膜到对力、热、光或电复合性能薄膜的需求日益扩大,要求薄膜的微观结构具有较高的可控性和可重复性,同时也对过渡族金属氮化物薄膜的生长机制的研究提出了更高的要求。此外,过渡族金属氮化物构成的纳米多层膜通常表现出超硬效应,其优异的力学性能和广泛的工业应用,引起了人们的普遍关注。然而目前对多层膜中硬度增强机制的理解仍然有限,对新多层膜体系的开发和研究有重大需求。 本论文立足于前人的研究成果,系统地研究了沉积条件对NbN和WNx单层膜的结构和力学性能的影响,重点探讨了NbN和WNx单层膜中织构行为、相变机制及其与力学性能之间的关系;通过对单层膜的优化,设计并制备了NbN/WNx、NbN/SiNx和NbN/AlN三种体系的纳米多层膜,对比研究了三种多层膜的界面特点和硬度增强效应。本论文的研究对单层膜的结构控制和多层膜中材料的选择、界面结构和硬度增强机制的理解提供了很好的借鉴作用。


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