ScN薄膜的合成与研究

为探索在高温沉积中最小化扩散的替代方案，本研究展示了室温沉积反应溅射ScN薄膜样品的可行性。所采用的室温路线可精确控制$R_{N_2}$流量，实现从Sc$\to$ScN的方法性结构相演变，并探究高度织构化ScN样品的相关物理特性。在氮化区间（即$R_{N_2}$ = 2.5–100%流量）内，表面敏感的软X射线吸收光谱研究证实了非故意氧缺陷的掺入，尽管相较于其金属（$R_{N_2} = 0\%$）和间隙（$R_{N_2} = 1.6\%$）对应样品更少，这是由于Sc-O-N形成的吉布斯自由能更高且在O K边谱中无配体场分裂迹象。为消除对N K边（401.6 eV）与Sc L边（402.2 eV）吸收谱相邻出现的疑虑，首次采用新兴的Sc K边研究，以验证所考量Sc-N体系度量参数的互补见解。由UV-Vis光谱测得多晶ScN薄膜样品的光学带隙介于2.25–2.62 eV，而沉积态样品的纳米压痕硬度和模量分别介于15–34 GPa和152–476 GPa，并呈抗塑性变形能力线性增强趋势。此外，与其他早期3d过渡金属氮化物（TiN、VN、CrN）相比，本文概述了Sc-N显著大均质区的综合比较，以理解在宽广$R_{N_2}$范围内微小的晶格膨胀。