復合脈沖高功率磁控濺射數值仿真及Ti靶放電實驗研究.pdf

1、高功率磁控濺射技術由于高功率脈沖引起高等離子體密度，可以制備出性能良好的薄膜體系。但是其較低的平均功率和較低的沉積速率限制了其在生產過程中的發(fā)展。本文利用了高低復合脈沖的電壓工作模式，以獲得高離子密度的同時，提高薄膜沉積速率。
　　使用PIC_MC模型對放電過程進行仿真，以研究放電過程各種因素的作用機理。結果顯示，在空間場效應引起等離子體的特殊分布形式，進而引起空間電場的變化。隨著放電進行，空間電場強度逐漸升高，導致出現陰極鞘層和

2、高濃度離子區(qū)。隨著陰極電壓的升高，離化程度加劇，等離子體密度升高，電流密度增加。而復合脈沖粒子分布和電勢分布與單脈沖近似，高低脈沖耦合期間等離子體密度能夠得到維持，但是能量則會迅速下降。
　　對復合脈沖電源在真空室使用Ti靶進行放電測試，由于真空室內等離子體負載非線性的特征，電流波形較為復雜。單脈沖放電過程隨著電壓的提高，放電狀態(tài)從原子激發(fā)、氣體離化到高價電離的轉變。溫度引起的靶面稀疏效應會導致電流峰值的減弱。通過采用一個高幅值短

3、脈寬形式的脈沖置于前端進行引燃，發(fā)現在一定范圍內，增加高脈沖幅值或增加高脈沖脈寬可以大幅度提高單位功率下的平均基體電流。同時，通過光譜分析，發(fā)現復合脈沖高功率磁控濺射技術可以改善離化率和濺射產額，從而獲得金屬離子含量較多的離子流。同時通過改變高脈沖的幅值和脈寬，可以對基體電流峰值和平均值進行控制。
　　在高功率脈沖過程中，相比于靶電流變化，基體電流存在反應滯后的現象，其電流具有較平緩的上升和下降過程，并容易產生時間較長的電流平臺。