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碳含量对BC_xN薄膜结构和性能的影响

陈友明  杨生荣  张俊彦  
【摘要】:采用中频磁控溅射技术,使用 N_2和 Ar 混合气体作为反应气体,溅射纯硼靶,通过通入不同流量的甲烷在单晶硅衬底上制备了不同碳含量的 BC_xN 薄膜。用傅立叶变换红外光谱(FTIR), 拉曼光谱(Raman)和 X 射线光电子能谱(XPS)对薄膜的微观结构和化学组成进行了分析,利用纳米压入的方法考察了薄膜的硬度和弹性模量,并利用 UMT 摩擦试验机考察了 BC_xN 薄膜的摩擦学性能。实验结果表明:碳含量对薄膜的结构和性能有很大影响,随着碳含量的增加,BC_xN 薄膜中 B-N 键含量减少,B-C、C-C、C-N 和 C=N 键含量增加;BC_xN 薄膜硬度随着碳含量的增加先减小后增加。另外,碳含量高的 BC_xN 薄膜表现出更好的摩擦学性能和更高的承载力。制备的 BC_xN 薄膜的性能变化是由于碳含量的增加,薄膜中 sp3含量增加的结果。

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