雙靶共沉積鍍制復(fù)合膜的成分均勻性研究.pdf

1、隨著鍍膜技術(shù)的發(fā)展，鍍制由多種元素成分組成的復(fù)合膜系已經(jīng)被廣泛采用，并且有越來越多的發(fā)展趨勢。因為由多種元素成分組成的復(fù)合膜，其物理化學(xué)功能性質(zhì)是單一成分膜層所不可比擬的。通過分別調(diào)節(jié)二個靶的工作電流從而改變其濺射速率，能夠方便地改變二種靶材成分在所鍍制膜層中的比例，這對于開展膜材成分與膜層性質(zhì)間關(guān)系的實驗研究十分有利;通過逐漸增大其中一個靶的濺射速率同時對應(yīng)減小另一個靶的濺射速率，還可制備出二種靶材成分比例均勻過渡的梯度膜。
　

2、　雙靶共濺射沉積成膜方法，是制備二元復(fù)合膜系的主要技術(shù)手段。而在所制備膜層中不同元素成分的分布均勻性和可控性，是直接關(guān)系到膜層性能的重要問題，應(yīng)該引起特別重視。尤其是在鍍制二種膜材成分在膜層中的成分比例要求均勻逐漸變化過渡的梯度膜層時，以及在探索、優(yōu)化不同成分含量對膜層性能影響的過程中，這一問題顯得尤為突出。
　　本論文針對雙靶共濺射鍍膜系統(tǒng)，以兩個相對傾斜、對稱安置的圓平面磁控濺射靶和一個偏心放置并具有自轉(zhuǎn)運動的圓平面基片所組成

3、的共濺射鍍膜系統(tǒng)為研究對象，分別建立了對稱圓平面雙靶相對Y軸方向有偏心距和對稱圓平面雙靶同時相對X軸和Y軸方向有雙向偏心距的模型，進(jìn)行了無量綱計算的研究，利用MATLAB自編的計算程序進(jìn)行模擬計算，并分別針對以上模型的靶基距、Y軸方向偏心距、X軸方向偏心距和靶傾斜角等結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)來研究其對旋轉(zhuǎn)基片上的膜厚分布和成分均勻性的影響規(guī)律，計算研究基片上不同半徑處的膜厚均勻性分布，以及基片上任一點處膜層內(nèi)部沿厚度方向上的微觀成分均勻性周期變化規(guī)

4、律。定量表述靶濺射跑道半徑、靶基距、靶間距、靶偏心距和靶傾斜角等結(jié)構(gòu)參數(shù)對旋轉(zhuǎn)基片上的膜厚分布和成分均勻性的影響規(guī)律。分析了雙靶共濺射沉積系統(tǒng)的膜層特性、優(yōu)化設(shè)計了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　經(jīng)計算可知，雙靶共濺射系統(tǒng)所沉積膜層實際上是二只磁控濺射靶濺射物的簡單疊加。其膜厚分布規(guī)律，本質(zhì)上還是分別由二只磁控濺射靶的發(fā)射特性和靶-基系統(tǒng)的相對幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)所各自獨立決定的。并且，基片上的膜厚分布規(guī)律完全等價于靶材沉積速率在基片上的分布規(guī)律。

5、本文給出單一靶材在基片上不同半徑位置處的絕對和相對沉積速率，以及平均相對沉積速率，均方差等參數(shù)來表征基片上的膜厚分布規(guī)律。
　　本文通過計算說明，在雙靶共濺射沉積成膜過程中，在基片上任一固定點處，沿膜層的厚度方向存在著成分差異，兩種膜材成分的比例呈周期性變化規(guī)律，即存在著微觀上的成分不均勻性。單就基片上某一局部點而言，膜材沉積是兩種成分沉積速率交替增長的過程，即從某處Ⅰ組分沉積速率最大而Ⅱ組分沉積速率最小，逐漸過渡到另一處Ⅱ組分沉

6、積速率最大而Ⅰ組分沉積速率最小，然后再過渡回來，這樣一個周期循環(huán)。
　　根據(jù)理論模擬計算的結(jié)果，選擇了一組薄膜厚度均勻性和成分均勻性較好的結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)進(jìn)行鍍膜實驗，并利用X射線能譜儀(EDS)對樣品膜層的成分分析，所得的實驗結(jié)果與理論計算結(jié)果較為一致。
　　基于前面對復(fù)合膜層成分均勻性的研究分析，針對制備符合成分材料過程中某些化學(xué)成分難以相互融合的問題，本論文還介紹了一種基于雙源共沉積技術(shù)的復(fù)合成分粉體材料制備新方法及其設(shè)備