【摘 要】
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高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术能够产生1019 m-3以上的高密度等离子体和较高的溅射材料离化率,采用其放电沉积的薄膜具有高致密度、高结合力和高综合性能等优势,已经成为物理气相沉积领域的新宠.然而,HiPIMS技术也具有沉积速率低、放电不稳定、溅射材料离化率不一等缺点,阻碍了其在工业界的推广和应用.针对高功率脉冲磁控溅射技术固有的缺陷,我们从靶源出发,借鉴阴极弧的弯管过滤技术,设计了一种筒
【机 构】
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北京大学深圳研究生院 新材料学院,广东深圳 518055
【出 处】
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第十一届全国表面工程大会暨第八届全国青年表面工程学术会议
论文部分内容阅读
高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术能够产生1019 m-3以上的高密度等离子体和较高的溅射材料离化率,采用其放电沉积的薄膜具有高致密度、高结合力和高综合性能等优势,已经成为物理气相沉积领域的新宠.然而,HiPIMS技术也具有沉积速率低、放电不稳定、溅射材料离化率不一等缺点,阻碍了其在工业界的推广和应用.针对高功率脉冲磁控溅射技术固有的缺陷,我们从靶源出发,借鉴阴极弧的弯管过滤技术,设计了一种筒形溅射源,将放电限制在筒形溅射源内部.因此,因放电不稳定喷溅出的"金属液滴"和溅射出但未离化的靶材原子无法被引出从而不会对薄膜沉积产生影响.筒形溅射源可以进一步约束电子,使其在溅射源内部反复振荡,和未离化的溅射原子剧烈碰撞,带动进一步离化.对筒形溅射源的磁场结构进行仿真设计,发现8块条形磁铁均匀分布时靶面的有效磁场面积和均匀性都是最优的,理论上拥有最高靶材利用率.在此最优的磁场结构下模拟了筒形溅射源的等离子体放电过程,发现溅射源内部存在8个呈花瓣状分布的高密度等离子体放电区域.根据模拟结果开发的筒形溅射源可在高功率脉冲磁控溅射条件下正常放电,其放电靶电流随靶电压变化呈现出高功率脉冲磁控溅射典型的伏安特性特征,复合电流施加后,有明显的预离化作用.溅射"跑道"面积占靶材表面的60％以上,与模拟结果相符；筒形溅射源中心的离子电流波形与靶电流波形类似,但相对靶电流延迟约40μs,数值约为靶电流的1/10.结果 证明,筒形溅射源可有效地应用到高功率脉冲磁控溅射放电中,并成为促进其推广和应用的一种新路径.
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