B掺杂对Ti薄膜结构与性能的影响

张玲; 何智兵; 廖国; 谌家军; 许华; 李俊

doi:10.7498/aps.61.186803

摘要

采用双靶共溅射方法制备了微量B掺杂的Ti薄膜样品, 利用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对样品的掺杂原子浓度、表面形貌、晶型结构、晶粒尺寸和应力进行了分析表征. 研究表明: 掺杂后的Ti薄膜晶粒得到明显细化, 并随着掺杂浓度的增大, 薄膜的晶粒尺寸呈减小趋势, 当掺杂浓度为5.50 at%时, Ti薄膜晶粒尺寸减小为1.3 nm, 呈现出致密的柱状结构. B掺杂后的Ti薄膜应力由压应力转变为张应力.

关键词:

Ti薄膜 /
B掺杂 /
表面形貌 /
磁控溅射

Abstract

B-doped Ti film is fabricated by direct current magnetron sputtering. The doping concentration, surface morphology, crystal structure, crystal grain diameter and stress are characterized by X-ray photoelectron spectroscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction, respectively. It is found that, with the increase of B doping, the crystal grain diameter decreases monotonically and reaches a minimum of 1.3 nm at a B doping concentration of 5.50 at.%. The B-doped Ti film presents a compact columnar structure at that concentration. The stress of Ti film changes from compressive stress to tensile stress when B is doped.

Keywords:

作者及机构信息

1.
西华师范大学物理与电子信息学院, 南充 637002;

2.
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 高温高密度等离子体物理重点实验室, 绵阳 621900

基金项目: 中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室基金(批准号: 9140c680501007)资助的课题.

Authors and contacts

1.
School of Physics and Electronic Information, China West Normal University, Nanchong 637002, China;

2.
Centre of Laser Fusion Research, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China

Funds: Project supported by the Science and Technology on Plasma Physics Laboratory of the Research Center of Laser Fusion CAEP, China (Grant No. 9140c680501007).

参考文献

[1]	Alemander D J, Cooley J C, Cameron B J, Dauelsberg L B, Dickerson R M, Hackenberg R E, Mauro M E, Nobile Jr A, Papin P A, Rivera G 2006 Fusion Science and Technology 49 796
[2]	Jankowski A F, Wall M A, van Buuren A W 2002 Acta Materialia 50 4791
[3]	Xu H W, Alford C S, Cooley J C, Dixon L A, Hackenberg R E, Letts S A, Moreno K A, Nikroo A, Wall J R, Youngblood K P 2007 Fusion Science and Technology 51 547
[4]	Nakamura T, Okimura K 2004 Vacuum 74 391
[5]	Cheng B X, Wu W D, He Z B, Xu H, Tang Y J, Lu T C 2006 High Power Laser and Particle Beams 18 961 (in Chinese) [程丙勋, 吴卫东, 何智兵, 许华, 唐永健, 卢铁城 2006 强激光与粒子束 18 961]
[6]	Duan L L, Wu W D, He Z B, Xu H, Tang Y J, Xu J C 2008 High Power Laser and Particle Beams 20 505 (in Chinese) [段玲珑, 吴卫东, 何智兵, 许华, 唐永建, 徐金城 2008 强激光与粒子束 20 505]
[7]	Shi L Q, Jin Q H, Liu C Z, Xu S L, Zhou Z Y 2005 Nucl. Phys. Rev. 22 148 (in Chinese) [施立群, 金钦华, 刘超卓, 徐世林, 周筑颖 2005 原子核物理评论 22 148]
[8]	Zhang Y, He Z B, Yan J C, Li P, Tang Y J 2011 Acta Phys. Sin. 60 6803 (in Chinese) [张颖, 何智兵, 闫建成, 李萍, 唐永建 2011 60 6803]
[9]	Han H, Chen Y, Liu S F, Chen X, Lü C, Wang S L 2011 Mater. Rev. 25 81 (in Chinese) [韩辉, 陈阳, 刘生发, 陈欣, 吕程, 王硕黎 2011 材料导报 25 81]
[10]	Zhao Z Y 2004 X-ray and Material Structure (Hefei: Anhui University Press) pp174-178 (in Chinese) [赵宗彦 2004 X射线与物质结构 (合肥: 安徽大学出版社) 第174-178页]
[11]	Shao S Y, Fan Z X, Fan R Y, Shao J D 2005 Laser & Optoelectronics Progress 42 22 (in Chinese) [邵淑英, 范正修, 范瑞瑛, 邵建达 2005 激光与光电子学进展 42 22]
[12]	Li L X, Jia R 2010 Physical Chemistry of Silicate (Tianjin: Tianjin University Press) p212-223 (in Chinese) [李丽霞, 贾茹 2010 硅酸盐物理化学 (天津: 天津大学出版社) 第212-223页]
[13]	Wei J, Song X Y, Han Q C, Xu W W, Li L M 2010 Rare Metal Materials and Engineering 39 603 (in Chinese) [魏君, 宋晓艳, 韩清超, 徐文武, 李凌梅 2010 稀有金属材料与工程 39 603]
[14]	Barna P B, Adamik M 1998 Thin Solid Films 317 27

施引文献

[1]	Alemander D J, Cooley J C, Cameron B J, Dauelsberg L B, Dickerson R M, Hackenberg R E, Mauro M E, Nobile Jr A, Papin P A, Rivera G 2006 Fusion Science and Technology 49 796
[2]	Jankowski A F, Wall M A, van Buuren A W 2002 Acta Materialia 50 4791
[3]	Xu H W, Alford C S, Cooley J C, Dixon L A, Hackenberg R E, Letts S A, Moreno K A, Nikroo A, Wall J R, Youngblood K P 2007 Fusion Science and Technology 51 547
[4]	Nakamura T, Okimura K 2004 Vacuum 74 391
[5]	Cheng B X, Wu W D, He Z B, Xu H, Tang Y J, Lu T C 2006 High Power Laser and Particle Beams 18 961 (in Chinese) [程丙勋, 吴卫东, 何智兵, 许华, 唐永健, 卢铁城 2006 强激光与粒子束 18 961]
[6]	Duan L L, Wu W D, He Z B, Xu H, Tang Y J, Xu J C 2008 High Power Laser and Particle Beams 20 505 (in Chinese) [段玲珑, 吴卫东, 何智兵, 许华, 唐永建, 徐金城 2008 强激光与粒子束 20 505]
[7]	Shi L Q, Jin Q H, Liu C Z, Xu S L, Zhou Z Y 2005 Nucl. Phys. Rev. 22 148 (in Chinese) [施立群, 金钦华, 刘超卓, 徐世林, 周筑颖 2005 原子核物理评论 22 148]
[8]	Zhang Y, He Z B, Yan J C, Li P, Tang Y J 2011 Acta Phys. Sin. 60 6803 (in Chinese) [张颖, 何智兵, 闫建成, 李萍, 唐永建 2011 60 6803]
[9]	Han H, Chen Y, Liu S F, Chen X, Lü C, Wang S L 2011 Mater. Rev. 25 81 (in Chinese) [韩辉, 陈阳, 刘生发, 陈欣, 吕程, 王硕黎 2011 材料导报 25 81]
[10]	Zhao Z Y 2004 X-ray and Material Structure (Hefei: Anhui University Press) pp174-178 (in Chinese) [赵宗彦 2004 X射线与物质结构 (合肥: 安徽大学出版社) 第174-178页]
[11]	Shao S Y, Fan Z X, Fan R Y, Shao J D 2005 Laser & Optoelectronics Progress 42 22 (in Chinese) [邵淑英, 范正修, 范瑞瑛, 邵建达 2005 激光与光电子学进展 42 22]
[12]	Li L X, Jia R 2010 Physical Chemistry of Silicate (Tianjin: Tianjin University Press) p212-223 (in Chinese) [李丽霞, 贾茹 2010 硅酸盐物理化学 (天津: 天津大学出版社) 第212-223页]
[13]	Wei J, Song X Y, Han Q C, Xu W W, Li L M 2010 Rare Metal Materials and Engineering 39 603 (in Chinese) [魏君, 宋晓艳, 韩清超, 徐文武, 李凌梅 2010 稀有金属材料与工程 39 603]
[14]	Barna P B, Adamik M 1998 Thin Solid Films 317 27

[1]	潘宵, 鞠焕鑫, 冯雪飞, 范其瑭, 王嘉兴, 杨耀文, 朱俊发. F8BT薄膜表面形貌及与Al形成界面的电子结构和反应. , 2015, 64(7): 077304. doi: 10.7498/aps.64.077304
[2]	陈明, 周细应, 毛秀娟, 邵佳佳, 杨国良. 外加磁场对射频磁控溅射制备铝掺杂氧化锌薄膜影响的研究. , 2014, 63(9): 098103. doi: 10.7498/aps.63.098103
[3]	杨铎, 钟宁, 尚海龙, 孙士阳, 李戈扬. 磁控溅射(Ti, N)/Al纳米复合薄膜的微结构和力学性能. , 2013, 62(3): 036801. doi: 10.7498/aps.62.036801
[4]	景蔚萱, 王兵, 牛玲玲, 齐含, 蒋庄德, 陈路加, 周帆. ZnO纳米线薄膜的合成参数、表面形貌和接触角关系研究. , 2013, 62(21): 218102. doi: 10.7498/aps.62.218102
[5]	佟国香, 李毅, 王锋, 黄毅泽, 方宝英, 王晓华, 朱慧群, 梁倩, 严梦, 覃源, 丁杰, 陈少娟, 陈建坤, 郑鸿柱, 袁文瑞. 磁控溅射制备W掺杂VO2/FTO复合薄膜及其性能分析. , 2013, 62(20): 208102. doi: 10.7498/aps.62.208102
[6]	苏元军, 徐军, 朱明, 范鹏辉, 董闯. 利用等离子体辅助脉冲磁控溅射实现多晶硅薄膜的低温沉积. , 2012, 61(2): 028104. doi: 10.7498/aps.61.028104
[7]	罗晓东, 狄国庆. 溅射制备Ge,Nb共掺杂窄光学带隙和低电阻率的TiO2薄膜. , 2012, 61(20): 206803. doi: 10.7498/aps.61.206803
[8]	丁万昱, 王华林, 巨东英, 柴卫平. O2流量对磁控溅射N掺杂TiO2薄膜成分及晶体结构的影响. , 2011, 60(2): 028105. doi: 10.7498/aps.60.028105
[9]	李林娜, 陈新亮, 王斐, 孙建, 张德坤, 耿新华, 赵颖. H2 气对脉冲磁控溅射铝掺杂氧化锌薄膜性能的影响. , 2011, 60(6): 067304. doi: 10.7498/aps.60.067304
[10]	狄国庆. 溅射制备Ta2O5薄膜的表面形貌与光学特性. , 2011, 60(3): 038101. doi: 10.7498/aps.60.038101
[11]	曹月华, 狄国庆. 磁控溅射制备Y2O3-TiO2薄膜形貌的研究. , 2011, 60(3): 037702. doi: 10.7498/aps.60.037702
[12]	江洋, 罗毅, 席光义, 汪莱, 李洪涛, 赵维, 韩彦军. AlGaN插入层对6H-SiC上金属有机物气相外延生长的GaN薄膜残余应力及表面形貌的影响. , 2009, 58(10): 7282-7287. doi: 10.7498/aps.58.7282
[13]	丁万昱, 徐军, 陆文琪, 邓新绿, 董闯. 微波ECR磁控溅射制备SiNx薄膜的XPS结构研究. , 2009, 58(6): 4109-4116. doi: 10.7498/aps.58.4109
[14]	刘峰, 孟月东, 任兆杏, 舒兴胜. 感应耦合等离子体增强射频磁控溅射沉积ZrN薄膜及其性能研究. , 2008, 57(3): 1796-1801. doi: 10.7498/aps.57.1796
[15]	张辉, 刘应书, 刘文海, 王宝义, 魏龙. 基片温度与氧分压对磁控溅射制备氧化钒薄膜的影响. , 2007, 56(12): 7255-7261. doi: 10.7498/aps.56.7255
[16]	丁万昱, 徐军, 李艳琴, 朴勇, 高鹏, 邓新绿, 董闯. 微波ECR等离子体增强磁控溅射制备SiNx薄膜及其性能分析. , 2006, 55(3): 1363-1368. doi: 10.7498/aps.55.1363
[17]	孙成伟, 刘志文, 秦福文, 张庆瑜, 刘琨, 吴世法. 生长温度对磁控溅射ZnO薄膜的结晶特性和光学性能的影响. , 2006, 55(3): 1390-1397. doi: 10.7498/aps.55.1390
[18]	刘志文, 谷建峰, 孙成伟, 张庆瑜. 磁控溅射ZnO薄膜的成核机制及表面形貌演化动力学研究. , 2006, 55(4): 1965-1973. doi: 10.7498/aps.55.1965
[19]	周小莉, 杜丕一. 磁控溅射法制备的CaCu3Ti4O12薄膜. , 2005, 54(4): 1809-1813. doi: 10.7498/aps.54.1809
[20]	汪渊, 白宣羽, 徐可为. 基于小波变换Cu-W薄膜表面形貌表征与硬度值分散性评价. , 2004, 53(7): 2281-2286. doi: 10.7498/aps.53.2281

计量

文章访问数: 6711
PDF下载量: 435
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板