【摘 要】
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针对磁控溅射离子镀沉积粒子离化率低和多弧离子镀存在大颗粒熔融液滴等技术缺憾,依据等离子体物理学中气体放电伏安特性曲线,在阴极靶材与阳极腔体间构建具有较大电流密度和较强电场强度的双脉冲电场将气体放电引入强辉弱弧区间,借助Ar+轰击靶材产生的能量累积和靶材内电子传输产生的焦耳热积累,使沉积粒子因靶面温度迅速上升而引起大量的热发射,即实现了沉积粒子以碰撞增强热发射方式脱靶,并以此改善沉积薄膜的微观结构及
【机 构】
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西安理工大学材料科学与工程学院,陕西西安710048;广东省新材料研究所,现代材料表面工程技术国家工程实验室,广东省现代表面工程技术重点实验室,广东广州510651
【出 处】
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粤港澳大湾区真空科技与宽禁带半导体应用高峰论坛暨2017年广东省真空学会学术年会
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针对磁控溅射离子镀沉积粒子离化率低和多弧离子镀存在大颗粒熔融液滴等技术缺憾,依据等离子体物理学中气体放电伏安特性曲线,在阴极靶材与阳极腔体间构建具有较大电流密度和较强电场强度的双脉冲电场将气体放电引入强辉弱弧区间,借助Ar+轰击靶材产生的能量累积和靶材内电子传输产生的焦耳热积累,使沉积粒子因靶面温度迅速上升而引起大量的热发射,即实现了沉积粒子以碰撞增强热发射方式脱靶,并以此改善沉积薄膜的微观结构及综合性能.本文采用多步骤且在一个脉冲周期内含有微脉冲的双脉冲电源输出模式,通过调控单个脉宽内脉冲开通断开时间以及靶电源平均功率,将峰值电流密度(0.27～1.35A/cm2)有效的引入强辉弱弧区内并制备五组纯Ti薄膜.采用XRD-7000S型X射线衍射仪对薄膜相结构进行分析;采用JSM-6700F型扫描电子显微镜观察薄膜的表面及截面形貌;采用纳米压痕仪测量薄膜的硬度及弹性模量;采用WS-2005涂层附着力自动划痕仪测试薄膜的临界载荷以表征薄膜的膜基结合强度,并用GX-71型倒置金相显微镜(OM)对划痕区域进行观察.结果表明:在双脉冲电场模式下通过缩短脉冲开通时间,不但峰值电流密度增加,而且单脉冲内有足够的停顿时间使高活性和扩散能的沉积粒子在基片表面沉积成膜,从而使薄膜具有较高的致密程度和低至20nm左右的表面粗糙度.在较短的脉冲开通时间条件下,薄膜晶粒尺寸极细小约为15nm左右,各项性能均良好.随着靶峰值电流密度的增加,薄膜微观形貌越来越平整致密,在峰值电流密度为1.35A/cm2时,划痕测试临界载荷最高达到13.7N且划痕整体未出现断裂剥落现象,硬度及弹性模量最大分别为5.625GPa和165.380GPa.
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