復(fù)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(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前磁控濺射技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，近年來(lái)發(fā)展了脈沖與直流電源并聯(lián)模式的復(fù)合高功率脈沖磁控濺射技術(shù)。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(shù)對(duì)薄膜質(zhì)量控制具有決定性作用，分析宏觀參數(shù)如何影響微觀參數(shù)，有利于提高薄膜質(zhì)量，穩(wěn)定工藝。因此，本文主要研究復(fù)合高功率脈沖磁控濺射過(guò)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(shù)對(duì)Ti、Cr靶在 Ar氣氛中的放電特性、等離子體參數(shù)（等離子體電勢(shì)、電子溫度、電子密度）、基體電流和 Ti薄膜沉積的影響。結(jié)果如下：（1）脈沖電壓的增加促進(jìn)脈沖作用期間的靶電壓和電流增加；脈沖寬度決定復(fù)合高功率脈沖磁控濺射的脈沖作用時(shí)間，對(duì)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(guò)程中，當(dāng)Ti靶脈沖電壓為6

3、00 V或Cr靶脈沖電壓為700 V時(shí)，其電子密度出現(xiàn)較大值。當(dāng)脈沖寬度在150~250μs變化時(shí)，脈沖寬度增加，電子密度、等離子體電勢(shì)、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(shí)，等離子體電勢(shì)、電子溫度分別出現(xiàn)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(duì)基體電流的形狀影響較大；當(dāng)耦合直流電流為0.5 A時(shí)，基體電流出現(xiàn)較大值。（4）通過(guò)優(yōu)

4、化脈沖電壓、脈沖寬度、耦合直流電流等工藝參數(shù)，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(fù)合高功率脈沖磁控濺射解決了以往報(bào)道的關(guān)于高功率脈沖磁控濺射技術(shù)沉積速率較低的問(wèn)題，相同靶平均功率下，其 Ti薄膜沉積速率與傳統(tǒng)直流磁控濺射 Ti薄膜沉積速率相近。與傳統(tǒng)直流磁控濺射相比，復(fù)合高功率脈沖磁控濺射可以促