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in薄膜的制备方法及进展

tin薄膜是第三组金属氮化物和nac表面活性剂的联合结构。它的结构是由金属键和共价键混合而成，同时具有金属晶体和共价晶体的特点：高熔点、高硬度、优异的热和化学惰性，优良的导电性和金属的反射比。此外，TiN薄膜还具有高温强度、优越的耐腐蚀性能以及良好的导热性能。它是第一个产业化并广泛应用的硬质薄膜材料，有关研究已成为国内外硬层研究的热点。TiN薄膜具有广阔的应用前景，在刀具、模具、装饰材料和集成电路中都具有重要的应用价值和广阔的应用前景，因而越来越受到人们的重视。随着对TiN薄膜研究的深入，制备TiN薄膜的工艺也得到不断地发展，对TiN薄膜也提出了更均匀、更耐磨、更耐腐蚀和更高可靠性的性能要求。为了适应这一发展趋势的需要，许多研究人员对TiN薄膜的制备技术和性能开展了大量的研究工作[7,8,9,10,11,12,13,14]。本文对近年来TiN薄膜的制备技术、性能及其应用进行了简要的介绍，最后对TiN薄膜的发展趋势和方向进行了展望。

1tin薄膜的制备方法

TiN薄膜的研究工作早在20世纪60年代已开始进行，但因材料和器件制备上的困难，使研究工作一度转入低潮。后来随着薄膜制备技术的提高，国内外对TiN薄膜的研究工作又开始活跃起来，制备方法也多样化了，目前已取得很大进展。TiN薄膜的制备方法主要可分为物理气相沉积、化学气相沉积两大类。下面逐一介绍制备方法的特点。

1.1物理气沉淀pvd

1.1.1空有利于提高保护厚度

单纯采用真空镀膜法制备TiN薄膜在国内外很少，这主要因为它有与基片结合较差、工艺重复性不好的缺点。目前国内外用得最多的真空镀膜法是电子束蒸镀方法。它是一种利用电子束打到待蒸发材料表面将能量传递给待蒸发材料使其熔化并蒸发的方法。它具有能量密度大，热效率高，热传导和热辐射的损失少等特点，可减少容器材料与镀料之间的反应，可以很大程度地提高TiN类镀膜的纯度。Arezzo等采用电子束蒸镀等方法制备TiN薄膜时发现，电子束蒸镀与磁控溅射、离子镀相比具有沉积率高且膜层与基体结合力强等优点。

1.1.2纳米tin薄膜的制备

磁控溅射制备TiN薄膜技术主要有直流磁控溅射和射频(RF)磁控溅射(使用陶瓷TiN靶材)两种，最近又出现了非平衡磁控溅射和反应溅射。其中反应溅射方法因其独特的优点最早和最多地使用在TiN薄膜制备上。国外Vaz等第一次应用反应溅射方法制备TiN薄膜，另外非平衡磁控溅射方法也是一种国内外常用的溅射方法，Hsieh等利用非平衡磁控溅射方法，通过闸板控制、功率控制和旋转基体控制等方法，得到了多元TiN/TiAlN多层膜。磁控溅射制备TiN薄膜具有溅射率高、基片温升低、膜基结合力好、装置性能稳定、操作控制方便等优点。同时它也有一些缺点，例如它的沉积速率较底，效率较差，对降低沉积成本不利，因此磁控溅射方法仅应用于光学、微电子学等对TiN涂层要求较高的领域。

1.1.3仿金装饰镀层

20世纪80年代以来，离子镀制备TiN镀层已发展成为世界范围的一项高新技术，主要应用在制备高速钢和硬质合金工具上的或相关体系的耐磨镀层和不锈钢制品上的仿金装饰镀层上。进入20世纪90年代，离子镀技术有了长足的进步，在离子镀技术中目前应用最多的是电弧离子镀(也称多弧离子镀)，它已取代了其他各种类型的离子镀，成为当前氮化钛镀层工业唯一的生产工艺。在电弧离子镀沉积TiN涂层的过程中，影响涂层结构和性能的因素有弧电流、衬底负偏压、衬底温度、氮气的分压、腔体压强等。

1.1.4tin薄膜的制备

等离子体浸没式离子注入技术(PIII)制备TiN薄膜方法最早由Conrad教授发明，他发现PIII技术能同时对一批工件进行注入处理，因此这种方法的工艺和设备非常简单，能较大幅度地降低生产成本，在制备TiN薄膜方面有很好的应用价值。等离子体浸没式离子注入(PIII，有些文献中也称为PSII)是在PIII过程中，等离子体中的被注元素在强电场力作用下，全方位地垂直注入到所有表面内的一种沉积方法。目前国内对PIII技术制备TiN膜方面也有很多研究，例如西南交通大学的王钧石等就用这种PIII技术在Cr12MoV钢基体上制备了TiN膜，结果表明，这种PIII技术制备出的TiN薄膜具有高的硬度和优良的抗摩擦性能。

1.2化学气沉积法hd

1.2.1tin薄膜沉积

CVD法是20世纪60年代发展起来的制备无机材料的新技术，国外在CVD法制备TiN薄膜方面技术非常成熟。早在20世纪60年代末，瑞典Sandwick公司用CVD技术在硬质合金刀具上沉积了TiN涂层，由于CVD技术成本较低，且TiN涂层显著地延长了刀具寿命，因而迅速实现了商业化；其后1982年Hiral等利用加入S稳定的氧化物从而得到TiN薄膜的方法，首次通过CVD化学气相沉积方