离子束辅助沉积涂层导体缓冲层的取向竞争机制研究

在制备涂层导体缓冲层的各种工艺中，离子束辅助沉积（IBAD）技术具有独特的优势；研究IBAD过程中双轴织构的形成机制，具有重要的科学意义。本项目拟在前期研究的基础上，以钇稳定的氧化锆（YSZ）和MgO缓冲层为研究对象，从一个全新的角度（对取向竞争的研究）确立IBAD薄膜双轴织构的形成机制。主要内容包括：研究（011）和（001）取向随工艺参数的变化而彼此消长的过程，阐明影响取向选择的各种因素及其物理原因；通过研究不同生长阶段的YSZ薄膜，研究取向竞争的详细过程；通过与YSZ薄膜的对比，研究MgO薄膜中双轴织构能够快速形成的物理原因；综合实验结果，在分子水平上确定取向竞争和辅助离子束诱导双轴织构形成的微观机制，并用分子动力学的方法进行模拟。本项目的实施有助于加深对离子束沉积薄膜的微观过程的认识、丰富薄膜生长动力学的内容，对涂层导体缓冲层的制备，乃至对离子束材料改性技术都有重要的指导意义。

本项目基本上按照原研究计划和进度执行。研究了辅助离子束流和溅射离子束流对钇稳定氧化锆（YSZ）薄膜结构和取向的影响，用离子束的各向异性破坏作用和选择性溅射模型结果进行了解释。对在YSZ薄膜中前期发现的取向竞争进行了更为细致的研究，特别是研究了离子束辅助倾斜衬底沉积的IBAD薄膜，发现45º倾斜沉积的样品中，观察到两种面内取向并存的情况。我们分析了YSZ纳米晶平均晶粒尺寸与离子束能量、离子种类等参数的关系，并用热力学形核理论进行了分析和解释。我们对AFM表征衬底和过渡层表面粗糙度的方法的有效性和稳定性进行了讨论，并用分形几何分析了表面粗糙度与测量尺度的关系。在玻璃衬底上制备了IBAD-MgO薄膜，并研究了靶材种类、辅助离子束流和能量大小、沉积时间等多种生长参数对薄膜的取向以及表面形貌的影响，我们发现，使用MgO靶材制备的样品多出现（220）与（111）取向之间的竞争；而使用Mg靶材制备的样品则多出现（111）与（200）取向之间的竞争；还发现辅助离子束能量和通量的提高都有利于改善薄膜的表面形貌。在本项目的支持下，发表SCI论文8篇。