微弧區(qū)間脈沖參量對(duì)Ti及TiN薄膜微觀形貌及硬度的影響.pdf

1、根據(jù)氣體放電雙峰曲線中伏安特性處于“歐姆-反歐姆”過渡區(qū)間時(shí)，其電子迀移通量將數(shù)十倍于磁控濺射離子鍍、靶電壓數(shù)倍于多弧離子鍍這一特性。借助脈沖電源模式構(gòu)建出依靠寬脈沖強(qiáng)電離電場(chǎng)使真空腔內(nèi)滿足強(qiáng)輝弱弧的放電環(huán)境，并通過脈沖參量的調(diào)控將氣體放電維持在強(qiáng)輝弱弧區(qū)間的不同階段?；诖酥苽浼兘饘賂i薄膜及化合物TiN薄膜，并利用SEM、AFM、XRD、TEM、納米壓痕儀等檢測(cè)手段，對(duì)薄膜組織形貌、晶體結(jié)構(gòu)及顯微硬度進(jìn)行表征，以探索脈沖環(huán)境下鍍料粒

2、子能量大小及粒子沉積行為對(duì)薄膜生長(zhǎng)過程及性能的影響規(guī)律。
　　實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：對(duì)純金屬Ti薄膜而言，隨著脈沖持續(xù)時(shí)間的增加，其表面形貌由球狀團(tuán)簇逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷傻睦饨菭钌L(zhǎng)，其截面形貌由纖細(xì)的柱狀過渡為疏松的枝晶結(jié)構(gòu)。同時(shí)，顆粒尺寸急劇增大，薄膜平整度及硬度值均降低。脈沖峰值電流的增大對(duì)薄膜形貌并未產(chǎn)生顯著影響，但在一定程度上起到細(xì)化晶粒的作用。薄膜粗糙度值均維持在4nm以下。與此同時(shí)，峰值電流的增大促使沉積速率有效提升。從薄膜的物相分析

3、結(jié)果可以看出，脈沖持續(xù)時(shí)間及峰值電流的增加均使得薄膜的結(jié)晶度有所提高且擇優(yōu)取向面也隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變。從純Ti薄膜的微觀結(jié)構(gòu)可以看出，脈沖持續(xù)時(shí)間為1.6ms時(shí)薄膜中存在晶粒尺寸小于10nm納米晶。脈沖持續(xù)時(shí)間越小，薄膜的硬度值越高（約為6.741GPa）。脈沖峰值電流處于15A-30A之間時(shí)存在硬度的最大值（約為7.203GPa）。
　　對(duì)于化合物TiN薄膜而言，脈沖持續(xù)時(shí)間與峰值電流的增加并未改變薄膜的形貌，均為典型的（111）面三

4、角錐結(jié)構(gòu)。兩種參量的增加均使得薄膜的晶化程度有所提升，且薄膜沿（111）晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的趨勢(shì)逐漸增強(qiáng)。在一定程度上，隨著峰值電流的增加，薄膜截面形貌出現(xiàn)近似熔融現(xiàn)象，使得膜層晶粒尺寸及粗糙度值降低，薄膜趨于致密化。同樣，脈沖持續(xù)時(shí)間越?。?ms），TiN薄膜硬度值越高（約為23.325GPa）。脈沖峰值電流的改變對(duì)TiN薄膜的硬度變化影響不大，其值均在20-24GPa波動(dòng)。
　　以上現(xiàn)象表明：氣體放電位于強(qiáng)輝弱弧區(qū)間時(shí)，在較小的脈沖