高功率脈沖磁控濺射峰值功率對純鉻及氮化鉻薄膜力學(xué)性能的影響.pdf

1、高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS)技術(shù)具有較高的靶材峰值功率和較低的占空比，能使靶材原子高度離化，從而產(chǎn)生具有高能量的離子。在薄膜沉積過程中，大量高能離子轟擊薄膜，使所沉積薄膜的性能（如硬度、結(jié)合強(qiáng)度、耐磨性等）顯著提高，因此開展靶材原子離化率的相關(guān)工作具有非常重要的意義。本文旨在探究影響靶材功率和金屬離化率的主要因素，繼而制備純鉻(Cr)及氮化鉻(CrN)薄膜，研究峰值功率對薄膜結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。
　　首先通過改變HIPIM

2、S技術(shù)中工藝參數(shù)（如氣壓）以及電源參數(shù)（脈寬、頻率、電壓、限流電阻等）研究Cr靶放電特性及等離子體組分的變化，探索影響靶材放電和金屬離化率的最主要參數(shù)。研究結(jié)果表明:限流電阻能夠顯著調(diào)控靶材峰值功率，是影響金屬離化率的最主要因素。
　　其次，通過調(diào)節(jié)HIPIMS技術(shù)電路中的限流電阻，可以得到不同峰值功率。在此基礎(chǔ)上，采用不同峰值功率制備純鉻(Cr)薄膜，對所制備薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌、力學(xué)性能等進(jìn)行評價(jià)。研究結(jié)果表明:隨著靶峰值

3、功率的增加，等離子體中各組分(Cr+，Cr0，Ar+，Ar0)強(qiáng)度值以及金屬離化率逐漸增加，同時(shí)基片上離子流密度和離子原子到達(dá)比也相應(yīng)增加;不同峰值功率所制備純Cr薄膜的相結(jié)構(gòu)基本一致;薄膜的晶粒尺寸和表面粗糙度均隨峰值功率的增加而減小;薄膜的力學(xué)性能檢測表明所沉積純Cr薄膜的殘余壓應(yīng)力和顯微硬度隨峰值功率的增加而增加，但由于過大的應(yīng)力會(huì)削弱膜/基結(jié)合力，因此在高的峰值功率下，所制備純Cr薄膜與基體的結(jié)合強(qiáng)度有所降低。
　　在研究

4、純Cr薄膜的基礎(chǔ)上，采用HIPIMS技術(shù)改變限流電阻，在不同峰值功率下制備氮化鉻(CrN)薄膜，研究峰值功率對金屬原子離化率以及CrN薄膜微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌和力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):隨著峰值功率的增加，等離子體各組分(Cr+，Cr0，Ar+，Ar0)強(qiáng)度和金屬原子離化率逐漸增加;相結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)薄膜中均出現(xiàn)CrN(200)和CrN(220)衍射峰，高的峰值功率所制備薄膜中還出現(xiàn)了一個(gè)較弱的Cr2N(111)衍射峰;隨著峰值功率的增加，由