新型高功率脉冲磁控溅射等离子体特征及沉积薄膜研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoxie20092009
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具有脉冲调制功能的高功率调制脉冲磁控溅射(Modulated Pulsed Power magnetron sputtering,MPPMS)和高功率深振荡磁控溅射(Deep Oscillation magnetron sputtering,DOMS)是最新一代的高功率脉冲磁控溅射技术(High Power Impulse magnetron sputtering,Hi PIMS)。因脉冲调制特点,等离子体时域变化特征是控制两种新工艺沉积薄膜的基础。本文对比研究了MPPMS和DOMS的特征工艺参数充电电压、微脉冲开启时间及微脉冲关闭时间对等离子体时域变化的影响,并进一步研究了在确定特征工艺参数下,改变磁场强度对等离子体时域变化和沉积薄膜的影响和规律,对比分析了等离子体形成特点与沉积薄膜结构和性能变化。取得的主要结论如下:(1)MPPMS和DOMS特征工艺参数对等离子体时域变化方面的对比研究发现,充电电压对MPPMS和DOMS的等离子体放电影响较大。随着充电电压增大,电子从电场获得的能量增多,电子温度升高;电子温度的提高也增加了空间等离子体电离概率,离子返回概率逐渐增大,离子密度先增大后减小。而改变微脉冲开启和关闭时间,电子温度变化不大,离子密度略有增加。(2)在磁场调控方面,通过改变靶材厚度来调整磁场强度。随着靶材表面磁场强度增大,更多的电子被磁场束缚,靶材前端电离增强。MPPMS离子密度从6×1017m-3升高到9×1017 m-3,DOMS离子密度变化不大;MPPMS的电子温度变化不大,保持在0.5e V,DOMS电子温度从1.0 e V提高到2.1 e V。(3)对比两种工艺沉积的薄膜结构与性能发现,随着磁场强度的增加,MPPMS和DOMS沉积的Cr薄膜都表现出明显的(110)择优取向,薄膜表面离子轰击作用增强,折射率增大,致密性提高。晶粒细化,提高了薄膜的硬度和模量。同时,DOMS沉积薄膜的硬度高于MPPMS沉积得到的薄膜,但DOMS由于更强的靶材回吸效应和较长的原子运动时间,薄膜沉积速率比MPPMS低。(4)对比MPPMS和DOMS技术特点发现,微脉冲开启时,高电压使得DOMS短时间内气体电离和金属电离产生的离子更多,气体稀薄化更明显,靶材回吸效应也进一步提高整体离子密度,放电电流更高。而微脉冲关闭时,DOMS由于深振荡特点,金属原子电离导致DOMS离子密度低于MPPMS,放电电流降低。
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