【摘 要】
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α-（Al,Cr）2O3是密排六方堆垛的刚玉结构薄膜,晶格能很高,其性能与α-Al2O3相近,具有高温硬度高、化学稳定性好、电绝缘性能优越、防氚渗透性优良等一系列优异性能,具有广阔的应用前景。本文在传统的反应磁控溅射系统中自制深紫外辅助沉积装置来制备Al-Cr-O薄膜,用深紫外光照射基体生长面来促进α-Al2O3相的形核及生长,以求在低温下制备出富Al含量的刚玉结构α-（Al,Cr）2O3薄膜。得
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α-（Al,Cr）2O3是密排六方堆垛的刚玉结构薄膜,晶格能很高,其性能与α-Al2O3相近,具有高温硬度高、化学稳定性好、电绝缘性能优越、防氚渗透性优良等一系列优异性能,具有广阔的应用前景。本文在传统的反应磁控溅射系统中自制深紫外辅助沉积装置来制备Al-Cr-O薄膜,用深紫外光照射基体生长面来促进α-Al2O3相的形核及生长,以求在低温下制备出富Al含量的刚玉结构α-（Al,Cr）2O3薄膜。得到如下结果:深紫外辅助沉积的辐照强度对反应溅射沉积的Al-Cr-O的相结构组成有很大的影响。在540℃反应溅射Al75Cr25靶所沉积的Al-Cr-O薄膜,当辐照强度为0时,薄膜的相结构组成为α-Al2O3+α-Cr2O3+α-（Al,Cr）2O3+γ-Al2O3;当辐照强度为250μw/cm~2时,薄膜的相结构组成为α-Al2O3+α-Cr2O3+α-（Al,Cr）2O3+κ-Al2O3;当辐照强度为360μw/cm~2时,薄膜由单相α-（Al,Cr）2O3组成。用Al80Cr20作溅射靶材时,有深紫外辅助沉积时在560℃即可沉积出富Al含量的刚玉结构Al-Cr-O薄膜,薄膜的相组成为α-Al2O3+α-Cr2O3。基体温度对深紫外辅助（照射能量密度为360μw/cm~2）反应溅射Al75Cr25靶沉积的Al-Cr-O薄膜的相组成有很大的影响。当基体温度为500℃时,所沉积的Al-Cr-O薄膜由α-（Al,Cr）2O3和κ-Al2O3组成;当温度升高到540℃,薄膜中的κ相全部转化成α相,薄膜由单相α-（Al,Cr）2O3组成,是目前在540℃沉积出的Al含量最高的单相α-（Al,Cr）2O3薄膜。深紫外辅助沉积的光子入射到生长面后,因光子能量大于生长面晶格禁带宽度,被生长面吸收并部分转化为晶格振动能量,促进生长面上的Al2O3分子或分子团簇的表面扩散迁移,从而促进α晶核的形核及长大,降低获得刚玉结构Al-Cr-O薄膜的制备温度。深紫外辅助沉积的Al-Cr-O薄膜比传统溅射沉积来获得刚玉结构Al-Cr-O薄膜的温度低,并且薄膜的颗粒尺寸增大,沉积速率有轻微降低。用深紫外辅助反应溅射Al75Cr25靶所沉积的Al-Cr-O薄膜,当基体温度从500℃提高到540℃时,薄膜的硬度及弹性模量分别从19.8GPa和207.7GPa提升至24.3GPa和221.4GPa,相对介电常数从17.1减小至14.6;当温度持续提升至580℃时,薄膜的硬度及相对介电常数变化很小。
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