690 工程科学学报，第43卷，第5期 表3 FeCrVTap4Wo4氯化物成分梯度多层薄膜在不同波长下的吸收率 薄膜为非晶结构，随着N2流量占比的增加，方块 Table 3 Absorptivity of FeCrVTapWo nitride composition gradient 电阻增加.这是因为N元素的加入，一方面薄膜金 multilayer films at different wavelengths 属键减少，MNM为金属元素)共价键增多；另一 Different wavelength Absorptivity/% 方面，N原子填充了晶界与缺陷，增加了自由电子 ranges/nm N2-0 N2-1 N2-2 N2-3 散射的几率，从而使方块电阻增加 625-760 38.06 49.67 66.46 79.13 600-625 40.69 52.38 69.07 81.54 70k 65.85■ 580-600 40.60 52.68 69.62 82.05 60 490-580 43.62 56.26 72.36 84.15 50 450-490 50.59 62.05 76.54 86.86 435-450 49.41 65.53 78.83 88.17 390-435 59.56 70.64 82.02 89.82 20叶 20 18.22 300-800 48.78 59.72 74.06 84.29 10t 2.04 544 用作太阳能光热转换薄膜时，还需考虑薄膜表面 0 ,15 30 45 N,flow/(mL-min-) 的润湿性.在室温下对FeCrVTao.4Wo.4氮化物成分 图9不同氨气流量下(FeCrVTao.4Wo.4)N单层薄膜的方块电阻 梯度多层薄膜的润湿性采用量角法进行了测试， Fig.9 Square resistance of (FeCrVTanWo)N,single-layer films at 用去离子水为润湿介质.如图8所示，通过测量接 different N,flows 触角可以看出，在不通入氮气或者薄膜表层氨氮气 含量较低时，接触角范围在85到88°之间，疏水性 3结论 较大，当薄膜表层氨含量最高即45 mLmin时， (1)本实验采用射频磁控溅射法在硅片上沉 接触角为50°左右，此时，薄膜具有较好的亲水性 积了FeCrVTao..4Wo.4氯化物成分梯度多层薄膜和 (a) (b) (FeCrVTao.4Wo.4)N单层薄膜，实验结果表明， FeCrVTao4Wo.4高熵合金薄膜为非品结构，表面致 密光滑，随着表层氨气流量的增加，薄膜表面逐渐 85 出现颗粒物，XRD结果显示呈现出FCC结构， SEM结果也显示表面颗粒呈现三棱锥状，截面呈 (d) 现柱状晶.说明该高嫡合金氨化物薄膜发生了由 非晶结构向FCC结构的转变 (2)当最外层氮气流量为l5 mL min时，该多 层及单层薄膜均具有最佳的力学性能，多层薄膜 硬度达到22.05GPa,杨氏模量为287.4GPa,单层 图8 FeCrVTao..4Wo.4氮化物成分梯度多层薄膜的水滴图像.(a)Nz- 薄膜硬度为22.8GPa,杨氏模量为280.7GPa,随着 0:(b)N,-1:(c)N-2:(d)N,-3 最外层氨气流量的继续增加，薄膜的力学性能逐 Fig8 Water droplet image of FeCrVTao.4Wo nitride composition 渐下降，可能是由于氮原子的引入，破坏了原有的 gradient multilayer films:(a)N,-0:(b)N2-1;(c)N2-2:(d)N2-3 致密结构，形成了强度较低的有序相结构 2.5(FeCrVTao..4Wa.4)N,单层薄膜的方块电阻 (3)FeCrVTao..4Wo.4氨化物成分梯度多层薄膜 用四探针测试台，测试(FeCrVTao.4Wo.4)N单 对300~400nm波段的可见光具有低反射率，而 层薄膜的方块电阻，研究在不同氨气含量下， 对400~800nm波段具有较高的反射率，当镀了 (FeCrVTao.4Wa.4N单层薄膜方块电阻的变化趋势 3层氨化物薄膜时，吸收率最高，可能是由于多层 (如图9).没有通入氮气时，FeCrVTao..4Wo.4高嫡合 膜之间的相互干涉及表面较大的粗糙度对光吸收 金薄膜的方块电阻为2.042，随着氨气流量的增 率有贡献.当氨化物薄膜层数较少时，FeCrVTao..4Wo4 加，方块电阻也增加，当氨气流量为45 mLmin 氨化物成分梯度多层薄膜具有较好的疏水性 时，方块电阻为65.852，FeCrVTao..4Wa4高嫡合金 (4)用四探针测试台测试(FeCrVTao.4Wo.4)Nx用作太阳能光热转换薄膜时，还需考虑薄膜表面 的润湿性. 在室温下对 FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分 梯度多层薄膜的润湿性采用量角法进行了测试， 用去离子水为润湿介质. 如图 8 所示，通过测量接 触角可以看出，在不通入氮气或者薄膜表层氮气 含量较低时，接触角范围在 85°到 88°之间，疏水性 较大，当薄膜表层氮含量最高即 45 mL·min−1 时 ， 接触角为 50°左右，此时，薄膜具有较好的亲水性. (a) 85° 88° 50° 87° (c) (b) (d) 图 8    FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层薄膜的水滴图像. （a）N2 - 0；（b）N2 -1；（c）N2 -2；（d）N2 -3 Fig.8     Water  droplet  image  of  FeCrVTa0.4W0.4 nitride  composition gradient multilayer films: (a)N2 -0; (b) N2 -1; (c) N2 -2; (d) N2 -3 2.5    (FeCrVTa0.4W0.4)Nx 单层薄膜的方块电阻 用四探针测试台，测试 (FeCrVTa0.4W0.4)Nx 单 层薄膜的方块电阻 ，研究在不同氮气含量下 ， (FeCrVTa0.4W0.4)Nx 单层薄膜方块电阻的变化趋势 （如图 9）. 没有通入氮气时，FeCrVTa0.4W0.4 高熵合 金薄膜的方块电阻为 2.04 Ω，随着氮气流量的增 加，方块电阻也增加，当氮气流量为 45 mL·min−1 时，方块电阻为 65.85 Ω，FeCrVTa0.4W0.4 高熵合金 薄膜为非晶结构，随着 N2 流量占比的增加，方块 电阻增加. 这是因为 N 元素的加入，一方面薄膜金 属键减少，M-N(M 为金属元素) 共价键增多；另一 方面，N 原子填充了晶界与缺陷，增加了自由电子 散射的几率，从而使方块电阻增加. 70 60 50 40 30 Resistance/Ω N2 flow/(mL·min−1) 20 10 2.04 0 15 30 45 5.44 18.22 65.85 0 图 9    不同氮气流量下 (FeCrVTa0.4W0.4)Nx 单层薄膜的方块电阻 Fig.9     Square  resistance  of  (FeCrVTa0.4W0.4)Nx single-layer  films  at different N2 flows 3    结论 （1）本实验采用射频磁控溅射法在硅片上沉 积了 FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层薄膜和 (FeCrVTa0.4W0.4)Nx 单 层 薄 膜 ， 实 验 结 果 表 明 ， FeCrVTa0.4W0.4 高熵合金薄膜为非晶结构，表面致 密光滑，随着表层氮气流量的增加，薄膜表面逐渐 出现颗粒物 ， XRD 结果显示呈现 出 FCC 结构 ， SEM 结果也显示表面颗粒呈现三棱锥状，截面呈 现柱状晶. 说明该高熵合金氮化物薄膜发生了由 非晶结构向 FCC 结构的转变. （2）当最外层氮气流量为 15 mL·min−1 时，该多 层及单层薄膜均具有最佳的力学性能，多层薄膜 硬度达到 22.05 GPa，杨氏模量为 287.4 GPa，单层 薄膜硬度为 22.8 GPa，杨氏模量为 280.7 GPa，随着 最外层氮气流量的继续增加，薄膜的力学性能逐 渐下降，可能是由于氮原子的引入，破坏了原有的 致密结构，形成了强度较低的有序相结构. （3）FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层薄膜 对 300～400 nm 波段的可见光具有低反射率，而 对 400～800 nm 波段具有较高的反射率，当镀了 3 层氮化物薄膜时，吸收率最高，可能是由于多层 膜之间的相互干涉及表面较大的粗糙度对光吸收 率有贡献. 当氮化物薄膜层数较少时，FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层薄膜具有较好的疏水性. （ 4）用四探针测试台测试 (FeCrVTa0.4W0.4)Nx 表 3    FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层薄膜在不同波长下的吸收率 Table 3    Absorptivity  of  FeCrVTa0.4W0.4 nitride  composition  gradient multilayer films at different wavelengths Different wavelength ranges/nm Absorptivity/% N2 -0 N2 -1 N2 -2 N2 -3 625–760 38.06 49.67 66.46 79.13 600–625 40.69 52.38 69.07 81.54 580–600 40.60 52.68 69.62 82.05 490–580 43.62 56.26 72.36 84.15 450–490 50.59 62.05 76.54 86.86 435–450 49.41 65.53 78.83 88.17 390–435 59.56 70.64 82.02 89.82 300–800 48.78 59.72 74.06 84.29 · 690 · 工程科学学报，第 43 卷，第 5 期