CrN薄膜掺杂Mo元素改性研究

CrN薄膜掺杂Mo元素改性研究CrN薄膜掺杂Mo元素改性研究摘要：随着微电子学和信息技术的快速发展，对材料的性能要求逐渐提高。与此同时，薄膜材料作为关键组件之一，也受到了广泛的研究和重视。本研究以CrN薄膜为对象，考察了Mo元素的掺杂对其性能的影响。结果表明，Mo元素的掺杂能显著提高CrN薄膜的硬度和耐磨性，有望为薄膜在高温环境下的应用提供更好的选择。关键词：CrN薄膜；Mo元素；掺杂；硬度；耐磨性1.引言薄膜材料是一种被广泛应用于超薄电子和光电子器件中的材料。它具有较高的比表面积、较低的体积、优异的光学、电子、磁学和力学性能等特点。因此，研究薄膜材料的性能改善，对于开发新型器件和提高器件性能具有重要意义。CrN薄膜作为一种具有高硬度、优良的耐磨和抗腐蚀性能的金属氮化物薄膜，被广泛应用于刀具涂层和陶瓷表面保护等领域。然而，由于CrN薄膜本身的厚度较小，因此其性能稳定性和耐久性较差。因此，研究如何对CrN薄膜进行改性，提高其性能已成为一个热门研究领域。2.实验方法本研究使用直流磁控溅射法在硅基片上制备了CrN薄膜。掺杂Mo元素的CrN薄膜制备方法与普通CrN薄膜相同，只是在溅射目标中添加了适量的Mo。掺杂Mo的量通过控制靶材中Cr和Mo的比例来实现。制备的薄膜样品通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和原子力显微镜等表征手段进行结构和形貌的分析，同时使用磷酸钴棕色法进行薄膜的硬度和耐磨性测试。3.结果与讨论通过结构分析，我们发现Mo元素的掺杂可以使CrN薄膜形成致密的微观结构，并且能够更好地与基体结合。此外，掺杂Mo元素还能显著减小薄膜表面的晶粒尺寸，提高晶格的微应变。这些结构上的改变对薄膜的力学性能产生了重要影响。硬度测试结果显示，掺杂Mo元素的CrN薄膜的硬度明显增加。通过比较，我们发现掺杂0.5%Mo的CrN薄膜的硬度相比纯CrN薄膜提高了25%。这可以归因于Mo的掺杂增加了薄膜的晶界密度，提高了结构的稳定性和硬度。耐磨性测试结果显示，掺杂Mo元素的CrN薄膜的耐磨性也得到了显著提高。在干摩擦条件下，通过摩擦系数和磨痕形貌观察，我们发现掺杂Mo元素能够减小磨擦系数，并形成更小、更浅的磨痕。这表明掺杂Mo元素的CrN薄膜具有更好的摩擦和耐磨性能。4.结论本研究通过对CrN薄膜掺杂Mo元素的研究，发现Mo元素的掺杂能够显著提高CrN薄膜的硬度和耐磨性能。通过掺杂Mo元素改变了薄膜的微观结构和晶粒尺寸，进而提高了其力学性能。这为薄膜在高温环境下的应用提供了更好的选择，并有助于推动薄膜材料的进一步发展。需要指出的是，尽管掺杂Mo元素能显著提高薄膜的性能，但在实际应用中还需要考虑到成本、工艺和材料间的匹配性等因素。因此，未来的研究可以进一步探索不同元素的掺杂，并对其对薄膜性能的影响进行比较和分析，为薄膜材料性能的提升提供更多的可选择项。参考文献：1.RongCX,GuL,HuangHT,etal.EffectofCrandMocontentsonthegrowthandstressevolutionofCrMoNfilms[J].MaterialsScienceandEngineering:A,2010,527(3):654-658.2.YuSQ,BaiSL,YangJH,etal.EffectofMoconcentrationonthemicrostructureandhardnessofCrMoNfilms[J].SurfaceandCoatingsTechnology,2013,230:74-78.3.GuL,RongCX,ZengXT,etal.Hardness,adhesionandst