HfN/HfB₂纳米多层膜结构调制及其力学性能

余建刚^1,2，董磊^1,2，聂宇尧^1,2，时永治^1,2，李德军^1,2

1. 天津师范大学物理与材料科学学院2. 天津储能材料表面技术国际联合研究中心

摘 要：为了进一步了解调制周期对HfN/HfB2纳米多层膜力学性能的影响,利用多靶磁控溅射技术,在Si（100）基底上制备了一系列具有相同厚度不同调制周期的HfN/HfB2纳米多层膜。利用XRD、TEM、XP-2台阶仪、纳米压痕仪及摩擦试验机分别分析了多层膜的结构特征、力学性能和室温下摩擦性能。结果表明,室温下沉积的多层膜呈现出结晶/非晶的混合结构;随着调制周期的增大,多层膜的结晶程度先增加后降低,其硬度和弹性模量也呈现出先升高后降低的趋势;当调制周期为40nm时,多层膜的硬度和弹性模量均达到最大值,分别为（36.72±1.3）和（378.41±5.6）GPa,并且此时多层膜具有较高的膜基结合力（Lmax=67.3mN）和较低的平均摩擦系数（0.061）;在调制周期为20nm时,多层膜的残余应力达到最小值为-0.82GPa;经过高温退火后,多层膜的硬度和弹性模量均无明显变化,说明其具有良好的热稳定性;多层膜的结构和力学性能随调制周期的变化归因于晶粒的细化。

关键词：磁控溅射;HfN/HfB2纳米多层膜;调制周期;力学性能;