衬底粗糙度与材料选择对溅射沉积碳化硼薄膜微观结构的影响
材料科学
2022-02-01 v1 应用物理
仪器与探测器
摘要
非晶碳化硼（B4C）薄膜迄今为止是10B基中子探测器中中子转换层最普遍的形式，而这类探测器是因标准中子探测材料3He日益稀缺和涨价而兴起的探测器技术趋势。B4C薄膜的微观结构与其重要性质（如转换层的密度和附着力）密切相关，最终影响探测器的探测效率和长期稳定性。为研究不同粗糙度和材料衬底的影响，在623 K衬底温度下，通过直流磁控溅射在带有Al、Ti和Cu缓冲层的抛光Si衬底，以及未抛光的Si、Al、Ti和Cu衬底上沉积B4C薄膜。SEM图像中普遍观察到的锥形柱状晶粒和瘤状缺陷，表明存在强烈的阴影效应，晶粒周围引入了空隙。晶粒尺寸的变化未显示出与由表面轮廓获得的衬底粗糙度、或由反射图谱获得的薄膜质量密度的直接依赖关系。然而，在高偏度衬底上沉积的薄膜具有不均匀的柱状晶粒尺寸，导致质量密度从约95%降至约70%的表列块体密度。另一方面，在不同粗糙度的Al、Ti和Cu上沉积的薄膜获得了相似的微观结构和质量密度，且划格附着力测试观察到良好附着力，显示了中子探测器中常见结构材料上溅射沉积B4C薄膜的可靠性。
引用
@article{arxiv.2201.12720,
title = {Effect of substrate roughness and material selection on the microstructure of sputtering deposited boron carbide thin films},
author = {Chung-Chuan Lai and Robert Boyd and Per-Olof Svensson and Carina Höglund and Linda Robinson and Jens Birch and Richard Hall-Wilton},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.12720},
year = {2022}
}
备注
Available online at Surface & Coatings Technology