硅和不锈钢基底上沉积氮化锆薄膜及其界面状态研究Pa.锆靶的纯度是99.9%，在溉射前预溅射5min来清洗靶材。衬底采用单晶硅（100）和不锈钢，首先用丙酮和无水乙醇清洗，然后再用超声波清洗溅射气体和反应气体均为N2，其纯度为99.99%.沉崧过程中，N2压力控制在3xlOdPa，溅射功率为350W，衬底采用水冷。制备的ZrN2薄膜样品在超高真空热处理装置中进行退火处理，真空室的真空度优俄歇电子能谱分析是在PHI-610/SAM扫描俄歇电子能谱仪上进行的。采用单通道CMA能量分析器，能量分辨率为0.3%，同轴电子枪分析电压为3.OkV，电子束人射角为60.，分析室真空度优于3xHT7Pa.Ar离子枪剥离速率经热氧化Si02校准为3nm/min. 

    结果与讨论3.1ZrN2/不锈钢样品的界面扩散反应。沉积过程中的界面扩散反应为ZrN2/不锈钢沉积样品的俄歇深度剖析谱。可知，21膜层厚度大约是150nm.界面层宽度约为130nm.表明在镀膜过程中镀层与衬底有明显的界面扩散作用。由半定量分析可知，从表面到射5min的深度范围内存在稳定的ZrN，化合物层，N/Zr原子比约为2/1，初步判断薄膜化合物的主要成分是ZrN2.在薄膜层中还有一定含量的氧元素，这主要是在镀膜过程中真空室内存在的残余氧和靶材的氧化导致的。线形分析结果表明膜层中的氧主要以氧化锆的形式存在的。另外在镀层和基底的界面处存在的峰包，经最小二乘法拟合及线形分析确认为Zr02物种，这主要由Zr高能粒子与基底表面的自然氧化层的反应所产生。

　　真空热处理过程中的ZrN；/不锈钢界面扩散反应制备的ZrN2/不锈钢薄膜样品分别在400条件下进行了l、2、4、6h和在200丈，400T：、500丈、600t条件下进行2h的真空热处理。为在600：条件下真空热处理2h样品的俄歇深度剖析图。样品经600处理2h后，ZrN2层厚度大约为130nm，界面宽度为150nm.用最小二乘法拟合后的结果表明，在热处理后界面处仍有ZrO，物种存在。与沉积样品的俄歇深度剖析图比较，可知真空热处理对样品的界面扩散作用有一定的促进作用，但界面反应不明显。另外从拟合结果可知，氧化区域扩大并向表面移动，氧化程度有所加强，说明热处理过程能促进ZrN2层的氧化。而且随着时间的延长在600热处理2h和温度的升高，氧化程度会加剧。

　　样品俄歇深度剖析图H超硬材料3.2ZrN2/Si样品的界面扩散反应3.2.1沉积过程中的界面扩散反应为ZrNS2/Si沉积样品的俄歇深度剖析图。由图可知，ZrN2镀层的厚度约为80nm，ZrN2/Si的界面宽度约为lOOnm.说明在利用磁控溅射法镀膜时，膜层与Si基底之间有明显的界面扩散作用。在ZrN2层中存在约为10%的氧，主要是残余氧造成的。通过对深度剖析图的最小二乘法拟合，可知在界面层中存在ZrO，同不锈钢基底样品比较，氧化程度较弱。此外在界面上还形成了SiN，。这说明Zr和N原子在沉积过程中同Si02自然氧化层发生了反应，从而形成ZrOx和Sil物种。

　　真空热处理过程中ZrN2/Si界面扩散反应为经500T热处理2h后的ZrN2/Si样品的俄歇深度剖析谱。由图可见，ZrN2镀层的厚度大约是80nm，ZrN2/Si的界面宽度约为220nm.与原始ZrN2/Si薄膜样品比较，22层厚度基本没有变化；而界面宽度则由原来的lOOnm增至220nm，增加了120nm.对0和N元素进行最小二乘法拟合可知在界面处有ZrO，和SiN，存在。表明真空热处理对ZrN2/Si薄膜样品的界面扩散具有非常显著的促进作用，并且Si的扩散速度要比ZrOt形成速度快得多。

　　为经500尤真空热处理2h后的ZrN2/Si薄膜样品在不同溅射深度处的SiLVV俄歇线形谱。其中各标准物及其俄歇峰位置如下：单质Si的俄歇动能为89.0eV，Sl3N4的俄歇动能为82.3eV.由谱图可知，在溅射时间为0.6min（dePthA）时，样品的俄歇线形就出现峰，该峰是由Zr元素所产生的。Zr在此处的能量约为87eV，从俄歇线形谱深度A的谱图上看峰的位置确实较溉射时间为8.7min（　　为经500T真空热处理2h后的ZrN2/Si薄膜样品不同溅射深度处的NKLL俄歇硅和不锈钢基底上沉积氮化锆薄膜及其界面状态研究755线形谱。380.1eV处为ZrN，物种的俄歇峰。在深度B时，俄歇线形谱在378.1eV处有一个起伏峰，结合俄歇深度剖析图和Si的俄歇线形谱初步确定是SiN，所产生的。另外从俄歇电子动能角度考虑，Zr的金属性大于Si，故当N与Si结合时N的电子云密度相对N与Zr结合时要小，俄歇电子出射动能增大，俄歇峰移向能量较低处，因此可知此处确为Si俄歇峰。

　　为经500真空热处理2h后的ZrN2/Si薄膜样品不同溅射深度处的ZrMNN俄歇线形谱。其中各标准物的俄歇峰位置如下：单质Zr的俄歇动能为147.0eV，ZrN2的能量为热处理后不同溅射深度热处理后不同溅射深度处的NKLL俄歇线形谱处的ZrMNN俄歌线形谱由图可见，薄膜表面的Zr的俄歇峰位置与Zr02的俄歇峰非常接近，说明薄膜表面的Zr主要以氧化态存在。而随着深度的加深Zr02的峰逐渐减弱，在depthA，ZrN2的俄歇峰141.2eV迅速加强，但随着深度的进一步加深，当到达界面处depthB时，Zr02的俄歇峰又出现了，而且在depthC时，氧化程度进一步加强。同原始样品比较，真空热处理后的样品中Zr元素在界面处的氧化程度及Zr的扩散作用大大加强。从膜层表面到270mn深度之间，通过线形谱可知在147.OeV有峰，故可知一直有单质Zr存在：2h和经400冗分别进行了lh，2h，4h，6h的真空热处理。其俄歇深度剖析图和俄歇线形谱表明，热处理温度及时间对ZrN2/Si界面扩散作用有一定的影响。随着热处理时间的延长，ZrN膜层中的氧含量只有稍许变化，膜层并没有被显著的氧化，但样品表面氧化的程度加深。另外从界面扩散来看，时间的延长可以促进界面的扩散反应，但当热处理时间超过4h后，膜层的界面情况基本趋于稳定；随着温度的升高，膜层的氧含量有所增多，但不焉非常明显，并逐渐出现氧峰包，当温度超过600时，膜层中的氧含量明显增多，峰包也消失，说明在此温度下膜层的氧化得到加剧，通过俄歇线形分析可知，膜层中主要是Zr被氧化，并伴有少量Zr2产生。

　　利用磁控溅射技术在Si基底和不锈钢基底上制备了ZrN2薄膜。

　　在不锈钢基底上沉积的ZrN2薄膜，在ZrN2膜层与基底之间发生了界面扩散作用。真空热处理可促进界面扩散但界面反应基本没有变化。延长热处理时间和提高热处理温度并H超硬材料没有朋显的促进界面扩散作用和反应的进行，但可导致薄膜样品的氧化程度的加剧。

　　在Si基底上镀制的ZrN2薄膜，膜层与基底之间的界面处有界面扩散作用，在沉积过程中就有Zr，和SiNx生成。真空热处理能促进界面扩散和反应，界面产物为Si3N4和ZrOi，并且界面上的Zr氧化程度加剧。延长热处理时间和提高温度，可以促进界面扩散反应，而温度超过一定范围后，膜层的氧化就非常的严重。