[发明专利]一种提高纳米金属多层膜韧性的方法

权利要求书

1.一种提高纳米金属多层膜韧性的方法，其特征在于，采用磁控溅射技术沉积一种组元材料A的第一层A₁，接着沉积第二种组元材料B的第一层B₁；然后再沉积组元材料A的第二层A₂，A₂的厚度不同于A₁，接着沉积组元材料B的第二层B₂，B₂的厚度不同于B₁；……；沉积组元材料A的第n层A_n，A_n的厚度不同于A_n-1，沉积组元材料B的第n层B_n，B_n的厚度不同于B_n-1，如此交替沉积两种组元材料A和B并同时改变沉积的单层厚度，形成单层厚度在薄膜生长方向上梯度变化的金属多层膜；

具体包括如下步骤：

步骤1、设计梯度多层结构，具体过程如下：

步骤1.1、设计B_n层厚度h_B(n)，最表面的B_n层的厚度设计为获得峰值硬度时的单层厚度；

步骤1.2、确定A_n层厚度h_A(n)：根据相邻两组元层的厚度之比即调制比η，确定A_n层的厚度，设计调制比恒定不变，即η＝h_B(1)/h_A(1)＝…＝h_B(n)/h_A(n)，则有h_A(n)＝h_B(n)/η；

步骤1.3、设计单层厚度梯度Δh_B，确定其余各单层厚度：单层厚度梯度用B组元材料的单层厚度变化量Δh_B表示，Δh_B设计为恒定值，相当于等差数列的公差，则有h_B(n-1)＝h_B(n)-Δh_B，进一步h_A(n-1)＝h_B(n-1)/η，据此逐步设计其余各单层的厚度值；

步骤1.4、确定调制周期数n的值：根据设计的薄膜总厚度t、最外层表面的B_n层厚度h_Bn、单层厚度梯度Δh_B、调制比η确定n值，Δh_B设计为恒定值，根据等差数列求和公式确定n的计算公式：η/(η+1)*t＝n*h_Bn–n*(n-1)*Δh_B/2，n取整数以使获得的薄膜总厚度最接近设计值t即可；

步骤2：根据所述步骤1设计的梯度多层结构，利用磁控溅射技术制备梯度多层金属薄膜，具体过程如下：

步骤2.1、安置靶材：将与A组元材料和B组元材料对应的靶材分别安置在靶材座上；

步骤2.2、放置基片：将单面抛光的单晶硅基片分别用酒精和丙酮清洗干净后放置在磁控溅射真空室基片台上，准备镀膜；

步骤2.3、溅射清洗靶材和硅基片：将磁控溅射真空室抽到高真空后通入氩气，打开连接对应靶材的直流电源溅射清洗靶材，打开连接基片台的偏压电源溅射清洗硅基片；

步骤2.4、沉积梯度多层金属薄膜：根据所述步骤1中对各单层厚度的设计和连接靶材的电源功率、对应组元材料的沉积速率，控制各单层的沉积时间，首先在硅基片上沉积组元材料A的第一层A₁，接着沉积组元材料B的第一层B₁，然后交替沉积组元材料A和B的其余各单层，最终达到所述步骤1中所设计的各单层厚度和薄膜总厚度；

对Ti/Mo纳米多层膜的单层厚度进行梯度设计以提高其韧性的方法为：利用磁控溅射技术在硅基片上首先沉积组元材料Ti的第一层Ti₁，接着沉积组元材料Mo的第一层Mo₁；然后再沉积组元Ti的第二层Ti₂，Ti₂的厚度不同于Ti₁层，接着沉积组元Mo的第二层Mo₂，Mo₂的厚度不同于Mo₁层，……，沉积组元Ti的第n层Ti_n，Ti_n的厚度不同于Ti_n-1层，沉积组元Mo的第n层Mo_n，Mo_n的厚度不同于Mo_n-1层，如此交替沉积两种组元材料Ti和Mo并同时改变沉积的单层厚度，形成单层厚度在薄膜生长方向上梯度变化的Ti/Mo梯度多层金属膜。