论文部分内容阅读
高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)技术制备的薄膜具有结构致密,表面光滑,膜基结合力高等优点,且该技术适用于在复杂形状工件表面沉膜,能有效地缓解“阴影效应”,近几年来受到了越来越多人的关注。目前,高功率脉冲磁控溅射技术的研究者主要集中在国外,研究方向主要集中在等离子体特性方面,而国内对HPPMS的研究起步较晚且研究者较少,因此研究HPPMS的工艺特点,并把HPPMS技术应用于薄膜的沉积具有很重要的意义。本文采用高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)沉积了纯Ti薄膜,研究了HPPMS沉膜时的电学特性,对等离子体进行了诊断,对Ti膜的结构和表面形貌进行了评价,并与直流磁控溅射(DCMS)制备的纯Ti薄膜进行了对比。研究表明,采用HPPMS在不同脉冲宽度下沉积Ti膜时,靶电压的大小基本一致,靶平均功率、平均电流、平均离子流均随脉冲宽度的增加而增大；沉积Ti膜时,HPPMS的等离子体具有很高离化率,等离子体密度随靶平均功率的增加而增大,HPPMS的等离子体密度要比DCMS的等离子体密度高2个数量级左右；在相同的靶平均功率下,HPPMS沉膜速率DCMS低,但在较高的靶平均功率下,“热峰”现象的出现将使HPPMS制备Ti膜的沉积速率大幅增加；离子对薄膜的轰击作用,将影响Ti膜生长的择优取向、晶粒大小和表面的粗糙度,HPPMS沉积的Ti膜的晶粒大小和表面粗糙度随脉冲宽度的增大而增大。在此基础上本文进一步采用HPPMS在不同的氧气流量下沉积了氧化钛薄膜,研究了O2流量对HPPMS沉膜的电学特性、等离子体状态,以及薄膜的结构和性能的影响。研究表明,在氧化钛薄膜的沉积过程中,靶电压、电流、离子流等电学参数均随02流量的变化而变化；沉积氧化钛薄膜时HPPMS的等离子体具有较高的离化率,等离子体密度随O2流量的增加而减小；氧化钛薄膜沉积过程中发生了靶中毒现象,离子对靶材的轰击作用并不能使其消除；氧化钛薄膜的结构随O2流量的变化而变化,当氧气流量大于6sccm时,可得到具有优异血液相容性的金红石结构的氧化钛薄膜；随着02流量的增加,氧化钛薄膜的方块电阻增加,表面粗糙度减小,耐腐蚀性先增大后减小。