论文摘要
铝镁硼（AlMgB14）作为一种新型超硬纳米材料,以其优异的机械、热学和电学性能有着广泛的应用前景。铝镁硼（Al-Mg-B）薄膜的元素成分、表面形貌、内部结构等对其机械、热学和电学性能的影响十分明显。因此研究沉积参数和掺杂对Al-Mg-B薄膜的内部结构和表面特性的影响有重要的意义。本文采用磁控溅射的方法制备了Al-Mg-B薄膜。研究了基片温度、硼溅射功率、靶材组成、偏压及其掺杂对Al-Mg-B薄膜的元素含量、成键性质、表面形貌及其力学性能的影响。采用电子探针显微分析（EPMA）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）、傅立叶红外光谱（FTIR）、纳米压痕等对薄膜进行了表征。工作主要内容如下：（1）在不同的沉积温度和硼溅射功率下,采用磁控溅射法成功制备了Al-Mg-B薄膜。结果表明,由于受到基片温度和硼溅射功率的影响,Al-Mg-B薄膜的硬度随着B含量的升高而增加。Al-Mg-B薄膜的最大硬度约为31 GPa,其硼含量为65 at.%。Al-Mg-B薄膜的表面很光滑。随着基片温度和硼溅射功率的增加,薄膜的表面粗糙度变小。最好的表面粗糙度达到约0.5 nm,摩擦系数可达到0.05,同时这个薄膜的硬度也最高。在沉积Al-Mg-B薄膜过程中,沉积温度和硼溅射功率扮演重要的角色,因为它们大大影响了薄膜中硼的含量。（2）采用磁控溅射方法,改变AlMg复合靶的比率,成功制备出Al-Mg-B薄膜。结果表明,非晶薄膜的成分接近于AlMgB14晶体的原子含量,表面非常平滑。通过改变AlMg复合靶的比率在一定程度上对Al-Mg-B薄膜的性能有所改善：当AlMg复合靶的Al:Mg比值接近于1时,制备的薄膜具有更高的硬度,表面更平滑,摩擦系数最低。因此AlMg复合靶对制备不同性能的Al-Mg-B薄膜有重要影响。（3）在不同的偏压下,利用高真空的磁控溅射设备在Si（100）上制备Al-Mg-B薄膜。结果表明,在600℃下沉积的薄膜成分是均匀的,并且改变偏压对薄膜化学组成基本没有影响；适当地偏压有助于Al-Mg-B薄膜中B12二十面体的形成,从而导致薄膜的硬度的升高,最高可达到30.7 GPa。（4）分别以铬、钛、氮为掺杂物,通过磁控溅射法采用两靶共溅射制备了掺杂Al-Mg-B薄膜。结果表明,Cr、Ti和N都分别充分地进入薄膜中；Al-Mg-B薄膜中掺入Cr元素对薄膜的B12的生长有一定的抑制作用,从而降低了薄膜的硬度；掺入N的薄膜中化学键态主要是sp2型B-N键,从而导致掺N的薄膜硬度仅仅为2 GPa；掺入Ti的薄膜的硬度只有9 GPa,可能主要是由B-O键导致的。总之,掺杂的Al-Mg-B薄膜的性能存在明显的差异,为其后续的研究打下良好基础。