【摘 要】
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刚玉结构的α-Al2O3具有高温硬度高,化学稳定性好,电绝缘性高和抗氚渗透性能好等优异的综合性能,在高速钢刀具涂层、微电子领域和防渗透层等方面有着广阔的应用前景。在低温下沉积氧化铝时容易形成各种亚稳相,限制了氧化铝薄膜的应用拓展。预植与α-Al2O3结构相同的α相籽晶能促进α-Al2O3的低温生长,降低获得单相α-Al2O3薄膜的沉积温度。本文在反应溅射沉积氧化铝薄膜的过程中引入α-Al2O3和α
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刚玉结构的α-Al2O3具有高温硬度高,化学稳定性好,电绝缘性高和抗氚渗透性能好等优异的综合性能,在高速钢刀具涂层、微电子领域和防渗透层等方面有着广阔的应用前景。在低温下沉积氧化铝时容易形成各种亚稳相,限制了氧化铝薄膜的应用拓展。预植与α-Al2O3结构相同的α相籽晶能促进α-Al2O3的低温生长,降低获得单相α-Al2O3薄膜的沉积温度。本文在反应溅射沉积氧化铝薄膜的过程中引入α-Al2O3和α-Cr2O3籽晶,来实现低温沉积α-Al2O3薄膜和刚玉结构的Al-Cr-O薄膜。结果如下:用射频反应磁控溅射Al+α-Al2O3复合靶沉积氧化铝薄膜,在480-560℃的基体温度范围内,随着基体温度的上升,薄膜中γ-Al2O3和非晶相含量减少,α-Al2O3含量增加,560℃时能得到单相的α-Al2O3薄膜。薄膜的纳米压痕硬度和弹性模量也随基体温度的升高而增加,在560℃时能达到硬度和弹性模量的最大值,分别为24.3 GPa和236.8 GPa。在金箔基体上预植不同密度的α-Al2O3籽晶,当基体上的籽晶密度较高时,在500℃的低温下就能通过反应溅射纯Al靶沉积出单相α-Al2O3薄膜。在基体表面预植α-Al2O3籽晶,使表面的氧化铝分子能直接扩散至α相籽晶上生长,从而抑制γ相的形核,降低沉积单相α-Al2O3薄膜的基体温度。用射频反应共溅射Al靶和Cr靶,能在基体表面持续且均匀地获得α-Cr2O3籽晶,在低温沉积出刚玉结构Al-Cr-O薄膜。提高基体温度有利于促进刚玉结构Al-Cr-O薄膜中Al3+与Cr3+的相互扩散,形成α-（Al,Cr）2O3固溶体,当基体温度在450-500℃时沉积的Al-Cr-O薄膜由刚玉结构α-Al2O3、α-Cr2O3和α-（Al,Cr）2O3混合而成。基体温度为550℃时,Cr含量为33.3 at%时沉积的Al-Cr-O薄膜为单相α-（Al,Cr）2O3薄膜,其纳米硬度和弹性模量分别为24.8 GPa和221.2 GPa。
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