复合高功率脉冲磁控溅射放电等离子体特性

2015-04-05 李小婵 中国科学院宁波材料技术与工程研究所

  高输出马力电磁磁控溅射体现了高的分手后复合材料离化率,在pe膜提纯突出表现出非常大的的特色,成了所选磁控溅射技术应用研究方案方向一名新的快速发展前景英文。高输出马力电磁磁控溅射的蓄电池发出电性能指标、等阴阳铝化合物体性能指标等微性能指标表对pe膜产品品质管控体现了所根本性分折角色,分折经济波动性能指标表应该如何决定微性能指标表,极为有好处的于不断提高pe膜产品品质,安全稳定生产技术。因而,中心句研究方案了电磁与直流电交流电源串联方法的分手后复合材料高输出马力电磁磁控溅射时间中,电磁线输出功率(400~800 V)对Ti、Cr 靶在Ar热场中的蓄电池发出电性能指标、等阴阳铝化合物体性能指标表(等阴阳铝化合物体电势、光智能電子温湿度、光智能電子规格)、基体瞬时瞬时感应电压的决定。結果得出结论:分手后复合材料高输出马力电磁磁控溅射Ti、Cr 靶蓄电池发出电时间中,电磁线输出功率的上升极为有好处的于电磁角色时间的靶线输出功率、靶瞬时瞬时感应电压、基体瞬时瞬时感应电压上升;当Ti 靶电磁线输出功率为600 V 或Cr 靶电磁线输出功率为700 V 时,光智能電子规格出来比较大值。Cr 靶与Ti 靶蓄电池发出电好于,前面的的靶瞬时瞬时感应电压、基体瞬时瞬时感应电压、等阴阳铝化合物体电势、光智能電子温湿度比普通地区更大,而光智能電子规格却更低。   高输出电电脉冲激光磁控溅射( high power impulse magnetron sputtering,HIPIMS)不是种巧用高电电脉冲激光顶值输出和低电电脉冲激光占空比来存在高溅射分子离化率的磁控溅射技木,是现在磁控溅射技木教育领域另一个新的开发上升趋势。高的溅射分子离化率可以存在高孔隙率等铝离子体,而减弱生理反应活性酶类,提升膜重量,并极为有利的于满足错综复杂样式形态工件的的膜形成沉积。   贴膜的水平包括决定于于贴膜基性岩时候中的外部经济经济叁数举例说明等阴阳阳铝离子体电势、网络温、等阴阳阳铝离子体网络高密度计算等,建立起宏观经济政策工艺设备叁数与外部经济经济叁数中间的的作用规律公式,有助于调查问卷提高。这篇文选取脉冲信号信号与直流电交流电源串联玩法的组合HIPIMS,根据Ti、Cr靶实验脉冲信号信号输出功率对组合HIPIMS 时候中的靶输出功率、靶直流电压量、网络高密度计算(Ne)、网络温(Te)、等阴阳阳铝离子体电势(Vs)及基体直流电压量等外部经济经济叁数的作用。   1、实验所机器与工艺

  本文实验设备为磁过滤阴极真空电弧复合溅射薄膜沉积设备(P600-1 型),由课题组自主研发设计,与韩国JNL 公司合作加工制造,其原理图见文献。复合HIPIMS 由脉冲与直流电源并联,分别采用恒压和恒流模式同时作用于等离子体负载,如图1 所示。实验在Ar 气氛中进行,溅射靶为Ti、Cr(质量分数99.9%),本底真空度3×10-3 Pa,工作气压0.3 Pa。复合HIPIMS 直流电源部分耦合直流电流保持常数1.0 A;脉冲电源部分,脉冲宽度和频率分别为200 μS 和100Hz,脉冲电压值变化范围为400~800 V。复合HIPIMS 过程中,靶电压和电流分别采用Tektronix TPP0101 电压探针和LT 58-S7 电流传感器进行检测,通过Tektronix TDS1012c-sc 示波器输出波形。基体电流通过检测分别与基体架和大地相连的100 Ω 电阻的电压,利用Ohm 定律计算获得,如图2所示。

复合高功率脉冲磁控溅射放电等离子体特性

复合高功率脉冲磁控溅射放电等离子体特性

图1 脉冲造成的与直流变压器电源线电容串联的符合HIPIMS 的工作原理图 图2 基体功率考试操作过程图

  基体电流测量过程中,基体偏压0 V,基架面积为144 cm2,基体与阴极靶的距离为17.5 cm。MMLAB-prob1 Langmuir单探针用于分析复合HIPIMS 放电时的等离子体参数Vs,Te ,Ne,探头为直径0.2 mm,长5 mm圆柱形钨丝,探针与Cr 靶的距离为7.5 cm。图3为复合HIPIMS 放电过程中的Langmuir 探针伏安特性曲线,横轴是探针的扫描电压(E),纵轴是探针收集的电流(I),取电子电流(Ie)为正,离子电流(Ii )为负。图中a,b,c 三个区域分别为离子电流饱和区,过渡区,电子电流饱和区。探针电流为0 时的电势为等离子体悬浮电势Vf (a 区)。探针伏安特性曲线一阶导数最大或二阶导数为0的点对应电位为Vs,对应电流为饱和电子电流(Ies);伏安特性曲线上使ln(Ie)-E 满足线性关系区域(b 区)的电流、电压代入式(1)求得Te;Ne由式(2)[14]确定;式中,A 为探针收集电流的有效面积,k 为Boltzmann 常数,m 为电子质量。

复合高功率脉冲磁控溅射放电等离子体特性

图3 混合HIPIMS 自放电时Langmuir 检测器伏安特质曲线拟合   3、假设   (1)脉宽直流交流电压增高,电源适配器生产功效的增高提高网站脉宽角色时期靶直流交流电压可以说值增高;阴正离子位降区电场強度角色的加速有弊于靶外观第二次电子器件和气流体正离子电能之和增高,提高网站脉宽角色时期靶工作电压增高。充放电強度的增高相同也推动基体工作电压峰峰值不断增强。   (2)激光脉宽工作的相电压添加,入射阴阳离子的能量是什么和摩擦离化工作频率添加,推动Vs 和Te 消减,Ne 添加;当Ti靶激光脉宽工作的相电压>600 V 或Cr 靶激光脉宽工作的相电压>700 V时,溅射马力成功率消减,引发Vs 和Te 添加,Ne 消减。   (3)Cr 靶与Ti 靶不同之处,同电输入脉冲直流电阻值下,后者靶电阻值电阻值、基体电阻值电阻值、Vs 和Te 更低,而Ne 高些,这表示复合材料HIPIMS 蓄电池充电进程中出现价高态正亚铁正离子,同电输入脉冲直流电阻值状况下Cr 靶蓄电池充电的价高态正亚铁正离子硬度少于Ti 靶的价高态正亚铁正离子硬度。