復合高功率脈沖磁控濺射的高離化率等離子體特性研究.pdf

1、高功率脈沖磁控濺射因其濺射原子離化率較高，在薄膜沉積中表現出巨大的優(yōu)勢，成為當前磁控濺射技術領域一個新的發(fā)展趨勢。在此基礎上，近年來發(fā)展了脈沖與直流電源并聯模式的復合高功率脈沖磁控濺射技術。高功率脈沖磁控濺射的放電特性、等離子體特性等微觀參數對薄膜質量控制具有決定性作用，分析宏觀參數如何影響微觀參數，有利于提高薄膜質量，穩(wěn)定工藝。因此，本文主要研究復合高功率脈沖磁控濺射過程中，脈沖電壓（400~800 V）、脈沖寬度（50~400μs）

2、、直流電源部分耦合直流電流（0.0~4.0 A）等工藝參數對Ti、Cr靶在 Ar氣氛中的放電特性、等離子體參數（等離子體電勢、電子溫度、電子密度）、基體電流和 Ti薄膜沉積的影響。結果如下：（1）脈沖電壓的增加促進脈沖作用期間的靶電壓和電流增加；脈沖寬度決定復合高功率脈沖磁控濺射的脈沖作用時間，對靶電壓和電流的形狀影響較大；耦合直流增加，脈沖作用期間的靶電流下降，靶電壓卻幾乎不受影響。（2） Ti、Cr靶放電過程中，當Ti靶脈沖電壓為6

3、00 V或Cr靶脈沖電壓為700 V時，其電子密度出現較大值。當脈沖寬度在150~250μs變化時，脈沖寬度增加，電子密度、等離子體電勢、電子溫度迅速增加，等離子體的離化率較高。耦合直流電流增加，電子密度增加；耦合直流電流為2.0 A時，等離子體電勢、電子溫度分別出現較大值2.98 V和0.93 eV。（3）脈沖電壓增加有利于基體電流增加；而脈沖寬度對基體電流的形狀影響較大；當耦合直流電流為0.5 A時，基體電流出現較大值。（4）通過優(yōu)

4、化脈沖電壓、脈沖寬度、耦合直流電流等工藝參數，在脈沖電壓600 V，脈沖寬度200μs，耦合直流電流1.0 A，基體偏壓-150 V條件下獲得性能優(yōu)異的Ti薄膜，其平均粗糙和硬度分別為0.9 nm和10.20 GPa。（5）復合高功率脈沖磁控濺射解決了以往報道的關于高功率脈沖磁控濺射技術沉積速率較低的問題，相同靶平均功率下，其 Ti薄膜沉積速率與傳統直流磁控濺射 Ti薄膜沉積速率相近。與傳統直流磁控濺射相比，復合高功率脈沖磁控濺射可以促