本实验采用非平衡磁控溅射法在Si基板上制备金属V薄膜,拟研究工艺参数对V薄膜结构的影响,并探究V薄膜的性能与结构之间的联系。用X-射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和原子力显微镜(AFM)等表征分析技术系统地研究了Ar分压、基板温度、溅射功率和靶间距对薄膜物相结构、微观形貌、沉积速率以及粗糙度等的影响,结合纳米压痕法和四探针测试法分析了V薄膜的力学和电学性能与结构之间的关系。主要研究内容如下:通过改变Ar分压(0.5-2 Pa)、基板温度(30-200 ~oC)、溅射功率(50-125 W)和靶间距(8-11 cm)等工艺参数在Si(100)基板上制备V薄膜。XRD分析结果表明:V薄膜存在<111>和<110>两种择优取向,影响择优取向的因素为Ar分压和基板温度;对于<110>取向的V薄膜,结晶度随溅射功率、基板温度和靶间距的增加而升高,随Ar分压的升高而降低;晶粒尺寸大致随功率和基板温度的升高而变大,随Ar分压和靶间距的增加而逐渐减小。FESEM分析结果表明:择优取向为<111>的V薄膜表面颗粒呈正四面体形,而<110>取向的V薄膜表面颗粒呈金字塔形;薄膜的表面颗粒尺寸基本随溅射功率、基板温度和靶间距的升高而增加,随Ar分压的升高而减小;薄膜的沉积速率基本随Ar分压、溅射功率和靶间距的增加而变大,随基板温度的升高而减小。AFM分析结果表明:V薄膜的表面粗糙度大致随Ar分压和靶间距的升高而减小,随基板温度的升高而增大。随着溅射功率的增加,V薄膜的表面粗糙度呈先减小后增加的趋势。用纳米压痕技术测量了V薄膜的硬度和杨氏模量,用四探针法测量了V薄膜的方块电阻。纳米压痕结果表示:<111>择优取向的V薄膜硬度和杨氏模量比相近工艺参数下<110>取向的V薄膜要低;对于<110>取向的V薄膜,晶粒尺寸越小,硬度和杨氏模量越高;接近非晶态的V薄膜硬度和杨氏模量低于结晶度高的V薄膜。四探针测试结果表示:<111>择优取向的V薄膜导电率高于<110>择优取向的V薄膜;晶粒尺寸越大,薄膜的导电率越高;厚度越大的V薄膜导电率越高。