用小波变换的方法分析了纳米多层膜的X射线掠入射反射率测试曲线.从小波变换的自相关函数峰位和峰强度信息中得到了常规曲线拟合方法难以表征的含有氧化层、界面层或厚度漂移的多层膜结构, 利用其作为多层膜的初始结构再进行常规的曲线拟合, 可实现多层膜结构精确表征的目的.研究成功地鉴别出钒单层膜的表面存在约3 nm厚的氧化层,分析得到Mo/Si多层膜的界面纯粗糙度约0.42 nm,表明在Ni/C多层膜中接近表面和基底的膜层存在大于5%的厚度漂移.

利用傅里叶变换(FFT)分析了纳米多层膜的X射线掠入射反射率测试曲线, 模拟了各种制备和测试条件对多层膜结构参数测试结果的影响, 检验了傅里叶变换方法的适用性和精确度。分析结果表明, 相对于传统的反射曲线拟合方法, 傅里叶变换方法具有直观和快速的优点, 在不引入主观的膜层结构模型的情况下可以较为准确地定出复杂的多层膜结构参数, 为多层膜结构表征提供了一种分析方法。

本文利用直流磁控溅射方法在石英玻璃基片上制备了一系列自支撑Cu/Zr纳米多层膜,使用箱式电炉对多层膜进行退火处理,利用显微硬度计、X射线衍射仪、扫描探针显微镜表征了多层膜的力学性能与微观结构,研究了不同工艺参数对纳米多层膜性能的影响。研究结果表明:当Cu调制层厚从42 nm增加至140 nm时,多层膜显微硬度从4.9 GPa逐渐降低至4.0 GPa;当Zr调制层厚从3.2 nm增加至4.8 nm时,显微硬度值从6.51 GPa降低至5.64 GPa,硬度值降低13.4%,而从4.8 nm增至8 nm时,显微硬度值变化不大(约5.7 GPa);合适的温度退火时,多层膜微观缺陷消失,表面形貌更均匀,显微硬度增加。利用Chu和Barnett提出的硬度增强理论模型对Cu/Zr纳米多层膜表现出的超硬现象进行了理论分析和解释。