王超[1]2003年在《中频交流反应溅射氧化钽薄膜制备及介电性能研究》文中指出介电膜，是一种重要的电子薄膜。在微电子技术和光电子技术中有着广泛的应用。随着电容器件集成度越来越高，以SiO2为主的介质膜接近极限厚度，难以满足要求。氧化钽薄膜(Ta2O5)因为具有高介电常数和良好的热、化学稳定性，成为最有希望获得实际应用的介电膜。本文主要研究了氧化钽薄膜的制备、电学性能以及改善性能的途径。论文采用自行组装的中频交流磁控溅射设备制备了氧化钽薄膜，考察了溅射气体中氧气含量、基底温度等对薄膜成分、结构的影响，并且通过优化工艺参数得到了接近化学计量比的氧化钽薄膜。研究了薄膜的沉积特性。分析了溅射气体中氧气含量和薄膜厚度对折射率的影响及机理。本文重点研究了Ta2O5薄膜的电学性能。分析了介电材料的导电机制和击穿原理，并对氧化钽薄膜的导电机制进行测试和研究。结果显示，随着场强的增加，导电机制分别以欧姆定律、肖特基效应、普尔－弗兰凯尔效应，和F-N为主，最后发生F-N击穿。研究了氧气含量、薄膜缺陷、基底粗糙度等因素对氧化钽电学性能的影响。测试得出薄膜的介电常数为20~30之间(10~20kHz)，介质损耗因数为0.001(20kHz)。氧化钽薄膜的最佳性能为：当上电极直径为1mm时，击穿强度为2.22MV/cm，漏电流密度在0.5MV/cm低于1×10-8A/cm2；当上电极直径为0.5mm时，击穿场强达到4.0MV/cm，高于文献报导的最高值3.8MV/cm。本文还采用减小上电极面积和对基底进行预处理两种方法，制备了具有高击穿场强和低漏电流密度的MIM单元结构，提高了成品率。研究发现，随着MIM结构上电极面积的增大、基底粗糙度增大，MIM的电学性能变差，成品率降低。对溅射态的薄膜进行了阳极氧化后理，通过对比试验发现，阳极氧化可以起到填补微孔和使Ta原子充分氧化的作用，增加薄膜的击穿场强，提高薄膜的绝缘性能。
胡伟[2]2016年在《纳米晶Ta_2O_5和TaON涂层在模拟生理溶液环境中的性能研究》文中指出近年来,钛及其合金由于其较低的密度、高比强度以及良好的生物相容性等优点已被大量应用于航空航天、汽车工业以及医疗设备的制造。但是,钛合金在使用过程中出现的种种问题,诸如作为生物材料在长期使用过程中,合金元素离子可能会渗入血液或是在材料的表面形成血栓,都会对使用者造成巨大伤害;钛合金自身摩擦系数大、耐磨性差以及在恶劣条件下耐蚀性能差等固有的缺点都阻碍了它们的应用范围的进一步扩大。众所周知,材料的磨损和腐蚀性能是材料表面控制的降解过程,因此表面改性技术是提高钛合金表面相关性能的最有效手段之一。钽系材料具有生物无毒性,耐磨耐蚀性能优越等特点,钽及其氧化物(Ta-O)、氮化物(Ta-N)以及其他化合物薄膜/涂层材料已经在生物医学、机械等行业得到了广泛的关注。本课题提出采用双阴极等离子溅射沉积技术在光滑的Ti-6A1-4V合金表面制备出了Ta_2O_5和TaON两种涂层。所制备涂层横截面SEM表明涂层微观组织连续、致密,无孔洞、裂纹等明显缺陷,涂层厚度均为~25μm且与基体良好结合;TEM分析表明所制备纳米晶涂层微观结构由15nm左右大小的等轴晶粒组成的;纳米压入测试表明两种涂层都极大提高Ti-6Al-4V的硬度及弹性模量;划痕测试分析表明所制备纳米晶涂层与基体具有良好的结合力。干摩擦条件下,两种涂层在载荷从2.3N至5.3N下比磨损率约在10-6 mm3 N-1 m-1范围内,较Ti-6A1-4V合金降低约2个数量级。采用电化学测试方法分别研究了两种涂层在模拟人体体液(0.9 wt.%NaCl和Ringer’s溶液)和3.5 wt.%NaCl中不同浸泡时间条件下的耐腐蚀性能。电化学实验分析结果表明:无论是在模拟人体体液中还是在3.5 wt.%NaCl溶液中,所制备的两种涂层的耐腐蚀性能较Ti-6Al-4V有显着的提高,且随着浸泡时间的延长他们的耐腐蚀性能基本保持不变。通过Mott-Schottky理论计算和PZC分析表明,两种涂层材料相比较Ti-6Al-4V而言,具有更低的载流子密度和更强的抑制吸附Cl-的能力。最后,两种纳米晶涂层在Hank’s溶液中浸泡15天后实验结果表明,涂层表面有絮状磷灰石层形成,这有利于涂层材料在生物活体中能够快速的骨整合。
参考文献：
[1]. 中频交流反应溅射氧化钽薄膜制备及介电性能研究[D]. 王超. 清华大学. 2003
[2]. 纳米晶Ta_2O_5和TaON涂层在模拟生理溶液环境中的性能研究[D]. 胡伟. 南京航空航天大学. 2016
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