高功率脉冲磁控溅射制备技术的研究

Abstract

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)沉积方法因其在溅射过程中能获得高密度等离子体,便于通过控制沉积气体组分和能量来裁剪薄膜性能,因而受到了广泛的关注。同时,HiPIMS在电离区域内能获得高性能的等离子体,但沉积区域的等离子体性能才是直接影响涂层结构和性能的关键。本文重点研究脉冲电源参数、工作气压和耦合直流条件下,HiPIMS的放电特征和近基底表面区域内的等离子体中的粒子分布特性。通过分析不同靶材的脉冲放电特性,分析了二次电子发射、溅射和电离过程对放电特性的影响。CVC结果表明HiPIMS靶电流随电压变化成阶段特征,随溅射靶材种类变化呈周期性特性;在同一脉冲周期内也存在阶段变化的特征,分别经历Townsend放电、辉光放电、后辉光放电及放电熄灭四个阶段。探索了高功率脉冲磁控溅射方法在大尺寸平面磁控溅射靶过程中近基底表面等离子体区域内的活性粒子分布特性以及主导碰撞反应过程,通过OES光谱分析直观地揭示了脉冲电压、工作气压和耦合直流对HiPIMS溅射Cr中近基底表面区域内活性粒子种类和分布的影响,为理解HiPIMS中的碰撞电离反应过程和涂层工艺的选择及其产业化推广应用具有重要意义