宽固溶区过渡金属氮化物MNx(M=Ti,Zr,Hf)硬质薄膜原子尺度强化机制研究 后印本

摘要: 采用增强过滤电弧离子镀技术在单晶Si基片上制备了3组不同过渡金属的氮化物薄膜MNx(M=Ti,Zr,Hf)。用FESEM,GIXRD,XPS,NanoIndenter等方法对MNx薄膜的形貌、厚度、相结构、成分、元素的化学态、残余应力、弹性模量和硬度等进行了表征。结果表明，3组MNx薄膜均在较宽的成分范围内表现为fcc单相结构，并且同组薄膜间的择优取向、厚度、晶粒尺寸和残余应力等均基本保持一致；特别是3组薄膜的硬度和弹性模量均随氮成分x的变化而变化，并且都在x=0.82附近出现性能峰值。分析表明，MNx薄膜与成分相关的性能增强，其决定性因素不在于介观尺度的晶粒细化、择优取向及内应力等，而是取决于原子尺度的化学键合及电子结构等因素。