高功率脈沖磁控濺射技術(shù)制備鈦及氧化鈦薄膜研究.pdf

1、高功率脈沖磁控濺射(HPPMS)技術(shù)制備的薄膜具有結(jié)構(gòu)致密，表面光滑，膜基結(jié)合力高等優(yōu)點(diǎn)，且該技術(shù)適用于在復(fù)雜形狀工件表面沉膜，能有效地緩解“陰影效應(yīng)”，近幾年來(lái)受到了越來(lái)越多人的關(guān)注。目前，高功率脈沖磁控濺射技術(shù)的研究者主要集中在國(guó)外，研究方向主要集中在等離子體特性方面，而國(guó)內(nèi)對(duì)HPPMS的研究起步較晚且研究者較少，因此研究HPPMS的工藝特點(diǎn)，并把HPPMS技術(shù)應(yīng)用于薄膜的沉積具有很重要的意義。
　　 本文采用高功率脈沖磁控

2、濺射(HPPMS)沉積了純Ti薄膜，研究了HPPMS沉膜時(shí)的電學(xué)特性，對(duì)等離子體進(jìn)行了診斷，對(duì)Ti膜的結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并與直流磁控濺射(DCMS)制備的純Ti薄膜進(jìn)行了對(duì)比。研究表明，采用HPPMS在不同脈沖寬度下沉積Ti膜時(shí)，靶電壓的大小基本一致，靶平均功率、平均電流、平均離子流均隨脈沖寬度的增加而增大;沉積Ti膜時(shí)，HPPMS的等離子體具有很高離化率，等離子體密度隨靶平均功率的增加而增大，HPPMS的等離子體密度要比DCM

3、S的等離子體密度高2個(gè)數(shù)量級(jí)左右;在相同的靶平均功率下，HPPMS沉膜速率DCMS低，但在較高的靶平均功率下，“熱峰”現(xiàn)象的出現(xiàn)將使HPPMS制備Ti膜的沉積速率大幅增加;離子對(duì)薄膜的轟擊作用，將影響Ti膜生長(zhǎng)的擇優(yōu)取向、晶粒大小和表面的粗糙度，HPPMS沉積的Ti膜的晶粒大小和表面粗糙度隨脈沖寬度的增大而增大。
　　 在此基礎(chǔ)上本文進(jìn)一步采用HPPMS在不同的氧氣流量下沉積了氧化鈦薄膜，研究了O2流量對(duì)HPPMS沉膜的電學(xué)特性

4、、等離子體狀態(tài)，以及薄膜的結(jié)構(gòu)和性能的影響。研究表明，在氧化鈦薄膜的沉積過(guò)程中，靶電壓、電流、離子流等電學(xué)參數(shù)均隨O2流量的變化而變化;沉積氧化鈦薄膜時(shí)HPPMS的等離子體具有較高的離化率，等離子體密度隨O2流量的增加而減小;氧化鈦薄膜沉積過(guò)程中發(fā)生了靶中毒現(xiàn)象，離子對(duì)靶材的轟擊作用并不能使其消除;氧化鈦薄膜的結(jié)構(gòu)隨O2流量的變化而變化，當(dāng)氧氣流量大于6sccm時(shí)，可得到具有優(yōu)異血液相容性的金紅石結(jié)構(gòu)的氧化鈦薄膜;隨著O2流量的增加，氧