反应溅射气体对ni、ti薄膜成膜特性的作用机制

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1、反应溅射气体对Ni、Ti薄膜成膜特性的作用机制　　摘要：　　反应溅射是降低薄膜表面和界面粗糙度的有效手段。为了研究反应溅射过程中氮气（N2）含量对所制备的Ni、Ti单层膜成膜特性的作用机制，利用掺氮气的反应直流磁控溅射方法制备了Ni和Ti的单层膜样品。首先，采用X射线光电子能谱（XPS）方法测量了Ni和Ti单层膜样品的组分。其次，基于样品的组分测量结果，结合X射线掠入射反射（XRR）方法对样品的厚度和表面粗糙度进行了测量与分析。实验结果表明，随着反应溅射中氮含量的增大，Ti膜的沉积速率呈现快速降低后迅速趋于缓慢变化的趋势，而Ni膜的沉积速率几乎没有变化，Ni膜和Ti膜

2、的表面粗糙度都呈现先减小再增大的趋势，且在氮的含量为8%的条件下，表面粗糙度达到最小值。　　关键词：　　单层膜；反应溅射；组分；粗糙度　　中图分类号：O434.1文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.2017.01.010　　Theeffectsofsputteringgasinthecharacterizationof　　NiandTimonolayerfilms　　LIANYuhong，ZHANGZhong，HUANGQiushi　　（MOEKeyLaboratoryofAdvancedMicrostructuredMaterial

3、s，Schoolof　　PhysicsScienceandEngineering，TongjiUniversity，Shanghai200092，China）　　Abstract：　　Reactivesputteringisaneffectivetooltofabricatethinfilmsormultilayerswithsmoothsurfacesandinterfaces.InordertostudytheeffectofnitrogencontentintheroughnessofNiandTithinfilms，theNiandTimonolayerfil

4、mswerefabricatedbyreactivesputteringtechniquewithdifferentnitrogenconcentrationinthesputteringgasatmosphere.Firstly，theXrayphotoelectronspectroscopy（XPS）wasusedtomeasurethecontaminationofNiandTimonolayerfilms.Secondly，theXraygrazingincidencereflection（XRR）wasusedtomeasurethethicknessand

5、surfaceroughnessofthefilmsbasedontheircontaminations.Themeasurementresultsshowthatasthenitrogenconcentrationincreased，thegrowingrateforTimonolayerdecreasedtempestuouslyandtendedtowardconstant，butkeptataconstantforNimonolayers.TheroughnessonsurfaceofnotonlyNibutalsoTimonolayerdecreasedfi

6、rstlyandthenincreasedasthenitrogenconcentrationmorethan8%.　　Keywords：monolayer；reactivesputtering；contamination；roughness　　引言　　近年来，随着中子检测技术日益广泛的应用，对到达样品表面的中子束斑的要求越来越高，中子聚焦光学装置是提供微小尺寸、高亮度中子束斑的有效工具[14]，是实现大尺寸样品的微区分析和微小样品检测的必要装置，是目前国际上中子光学系统研究的热点之一。中子聚焦反射镜的面型精度和表面反射效率是提升中子聚焦束斑亮度的两个决定性因素。为了

7、提升中子聚焦反射镜的表面反射率，必须在反射镜表面镀制中子超镜。　　中子超镜是由子散射长度密度相差较大的两种薄膜交替堆叠而成的非周期多层膜器件。对于非极化中子，Ni和Ti是构成超镜最合适的材料组合。相比于X射线，材料相对于中子的光学折射率差异低1～2个数量级，而且基本没有吸收，导致中子超镜的膜层界面的Fresnel反射系数低，因此中子超镜往往包含很多的膜层数，且从基板开始，膜层厚度从几纳米到十几纳米逐渐变化[5]。具有较大m值（超镜的反射临界角与Ni天然材料的全反射临界角的比值）的中子超镜，可以反射具有较大掠入射角的中子束，因此可以提升聚焦反射镜的集光