磁控濺射多元層狀結構的形成條件及計算機模擬.pdf

1、多層膜材料是近年來發(fā)展起來的一種在力學、磁學、光學、電學等方面均表現(xiàn)出諸多特殊物理現(xiàn)象和優(yōu)異性能的新型材料，而多層膜的這些不同于一般材料的特殊性能都與調(diào)制周期調(diào)(∧)和調(diào)制比(R)密切相關。研究顯示，靶材間的組合選擇及組元間的擴散化合等因素強烈影響著多層結構的形成過程。所以在利用磁控濺射技術制備多層膜時有必要澄清多層膜的形成條件以及基片運動模式、參數(shù)及各組元靶電流與多層膜調(diào)制尺度之間的關系，進而實現(xiàn)對各種多層膜調(diào)制尺度的控制以及設備的優(yōu)

2、化設計。
　　 本文通過對Al、Cu、Cr三種典型的不同熔點材料在不同靶電流下的空間沉積速率、基片的運動形式和靶基相對夾角進行量化分析，再根據(jù)SZM模型，判斷單靶沉積試驗中薄膜的生長方式，進而推斷形成多層結構的條件。在上述基礎上，基于各靶濺射互不影響、組元間無擴散化合的假設，建立多靶磁控濺射形成多層結構的堆疊沉積模型，并根據(jù)所建立的模型編寫用于模擬濺射沉積形成多層結構過程的計算機程序。綜合單靶濺射沉積試驗的分析結果和多層結構沉積

3、堆疊模型，提出了小電流、短時間以合適的轉速來制備多層膜的原則，分別模擬計算了不同工藝參數(shù)下濺射形成Cu/Cr系列復合膜和Al/Cu系列復合膜的沉積過程和特征參數(shù)，通過試驗制備上述復合膜，來驗證模擬計算的可靠性。
　　 研究結果表明：基片在不同工件架上的運動模式和基片在運動過程中靶-基夾角的變化致使有效沉積時段內(nèi)沉積速率發(fā)生變化，即有效沉積時段內(nèi)的組元材料在基片上的沉積量發(fā)生變化，從而改變了多元復合膜的沉積過程和結構。通過對單靶沉

4、積試驗結果分析可知，當基片偏壓為-65V時，在試驗范圍內(nèi)，隨著靶電流的增大，Al靶(0.5A～2A)沉積速率變化范圍由3nm/min～20nm/min增大到10nm/min～120nm/min，Cu靶(0.5A～3.5A)沉積速率變化范圍由5nm/min～37nm/min增大到80nm/min～420nm/min，Cr靶(0.5A々1.5A)沉積速率變化范圍由5nm/min～25nm/min增大到20nm/min～120nm/min；可

5、以看出同種組元靶電流越大沉積速率越大；濺射形成多元層狀結構的安全靶電流隨組元材料熔點的升高而增大，若各組元以低溫抑制型方式沉積生長，則相對應的安全靶電流分別為：IAl≤0.5A，Icu≤2A，ICr≤3A。試驗分別制備了調(diào)制周期為38.1nm、50.7nm的不互溶型Cu/Cr系列納米多層膜和調(diào)制周期為32nm、37.9nm互溶型Al/Cu系列納米多層膜。相同工藝參數(shù)下的模擬計算值分別為：37.8nm、52.5nm、32.3nm、41.8