非平衡磁控溅射等离子体频谱特征

利用朗缪尔探针和快速傅里叶变换研究了非平衡磁控溅射等离子体静电波动的驻波共振频谱特征。频带宽度为0~300kHz,典型放电条件下磁控靶前2cm和10cm两个位置的共振本征频率变化范围分别为10~50kHz和1~10kHz,研究了线圈电流、气压和放电功率等参数对共振本征频率的影响;指出了非平衡磁控溅射中能够导致等离子体静电驻波共振的两种势阱结构,提出驻波共振机制解释特征频率出现的原因,根据声驻波共振机制计算的电子温度数值符合实验的结果。     

非平衡磁控溅射系统的离子束流控制

在非平衡磁控溅射沉积非磁性金属薄膜过程中,离子,原子到达比、沉积速率等参数是影响薄膜结构和性能的重要因素。根据非平衡磁控溅射沉积过程中离子的分布特点,分别考虑离子和中性粒子的传输,导出了对圆形平面靶非平衡磁控溅射沉积薄膜的放电功率、气压和离子束流密度等参数之间的关系,阐明了放电参数对于沉积过程离子束流密度等参数的影响。在Ar放电条件下,测量了系统的伏安特性;采用偏压平面离子收集电极测量了溅射系统轴向离子束流密度随不同的气压、溅射电流和空间位置的变化规律。结果表明模型分析的结论和实验数据的变化趋势相符合。     

非共振驻波与实验

非共振驻波与实验方天申（河南信阳师范学院，４６４０００）我们熟知的弦驻波和空气柱驻波实验，都是在策动源频率和驻波振动频率相等时产生的，即共振时的驻波．但实验证明：同一固有频率ｆｎ；的驻波，可由一系列不同的策动频率ｆｓ＝ｆｎ／ＮＮ＝１，２，３，…产生。...     

非平衡磁控溅射沉积系统伏安特性模型研究

非平衡磁控溅射沉积系统的伏安特性对阴极溅射和薄膜沉积过程具有重要的影响.通过分析在常规磁控溅射沉积系统中非平衡磁场对于放电过程的影响，根据蔡尔得定律研究了非平衡磁场对磁控溅射沉积系统伏安特性影响的基本规律；根据模型和实验数据的对比证明模型正确表达了非平衡磁控溅射沉积系统中非平衡磁场对伏安特性影响的规律. 关键词： 等离子体 金属薄膜/非磁性 磁控溅射     

非平衡磁控溅射系统离子束流磁镜效应模型

为了研究非平衡磁控溅射沉积系统的等离子体特性，采用常规磁控溅射靶和同轴约束磁场构成非平衡磁控溅射沉积系统.在放电空间不同的轴向位置，Ar放电，02Pa和150V偏压条件下，采用圆形平面离子收集电极，测量不同约束磁场条件下的饱和离子束流密度.研究结果表明，在同轴磁场作用下，收集电极的离子束流密度能达到饱和值9mA/cm2左右，有利于在沉积薄膜的过程中产生离子轰击效应.根据磁流体理论分析了同轴约束磁场形成的磁镜效应和对放电过程的影响机理.实验与模型计算结果的比较表明，模型从理论上表达了同轴磁场约束对非平衡磁控溅射等离子体特性的影响规律. 关键词： 等离子体 金属薄膜/非磁性 磁控溅射 磁镜     

同轴磁场对非平衡磁控溅射系统放电特性的影响

采用激励电流可以调整的电磁线圈来激发非平衡磁场,调整约束磁场和放电空间等离子体状态。实验结果表明调整非平衡磁场显著影响系统的放电特性,使放电特性偏离常规的磁控溅射系统放电特性,增强了等离子体的引出效果。在Ar放电的条件下,详细研究了溅射系统的工作伏安特性随不同的工作气体、气压和溅射功率的变化规律。根据蔡尔得公式,讨论了非平衡磁场对于磁控溅射系统中放电特性的影响规律。     

非平衡磁控溅射技术的应用与发展

溅射沉积是真空镀膜技术中最重要的方法之一，广泛应用于微电子、光学薄膜和材料表面处理中。溅射沉积是在真空环境下，利用荷能离子轰击材料表面，使被轰击出的粒子沉积在基体表面的技术。它包括二级溅射、平衡磁控溅射和非平衡磁控溅射等。二级溅射是所有溅射技术的基础，二级溅射结构简单，但是要求工作气压高（〉1Pa），还存在基体温升高和沉积速率低等缺点，限制了它在工业生产中的应有。磁控溅射是在二级溅射基础上发展而来的，需要解决二级溅射和蒸镀镀膜速率慢、等离子体的离化率低和基体温升高的问题。     

感应耦合等离子体增强射频磁控溅射沉积ZrN薄膜及其性能研究

利用感应耦合等离子体(ICP)增强射频磁控溅射技术在Si(111)片和M2钢表面制备了ZrN薄膜,研究了基片的温度和ICP功率对ZrN薄膜的结构以及性能影响.研究发现：在基片温度≤300℃沉积的ZrN薄膜择优取向为(111);基片温度达到450℃时薄膜出现ZrN(200)衍射峰,ZrN(111)晶面的织构系数明显降低.传统磁控溅射沉积薄膜为柱状结构,当ICP为200 W,基片温度为300℃时沉积薄膜中柱状晶体消失;随着基片温度的升高,N/Zr元素比例降低,并且薄膜的电阻率下降;相对于传统溅射,ICP增强射 关键词： 感应耦合等离子体 磁控溅射 ZrN 微结构     

高功率脉冲非平衡磁控溅射放电特性和参数研究

用线圈电流控制非平衡磁场,用汤森放电击穿形成深度自触发放电,用磁阱捕获放电形成的二次电子和导致漂移电流,形成了高功率非平衡磁控溅射放电。采用偏压为-100V相对磁控靶放置的圆形平面电极收集饱和离子电流;在距离磁控靶14cm的位置由Langmuir探针测量浮置电位;示波器测量磁控靶的脉冲电压、电流、浮置电位和饱和离子电流信号。装置的放电脉冲功率达到0.9MW,脉冲频率最大值为40Hz左右,空间电荷限制条件是控制电子电流和离子电流的主要机制。     

非平衡磁控溅射法类金刚石薄膜的制备及分析

利用非平衡磁控溅射物理气相沉积技术制备了光滑、致密、均匀的类金刚石薄膜.分析沉积工艺参数对所得类金刚石薄膜的电学特性的影响以及溅射粒子的大小、能量、碰撞及沉积过程中的相变机理后认为：溅射粒子越小、与环境气体分子的碰撞次数越多、与衬底相互作用时具有适当动量等，能够有效提高薄膜中sp^３杂化碳原子的含量.利用拉曼光谱 、纳米力学探针、红外光谱、扫描电镜等分析了所得类金刚石膜的结构、力学及光学性能、 表面形貌等特征.结果表明，类金刚石膜中sp^３杂化碳原子的含量较高，显微硬 度大于11GPa，薄膜光学透过率达到89.4％，折射系数为1.952，沉积速率为0.724μm/h，表 面光滑、致密、均匀，不存在明显的晶粒特征. 关键词： 非平衡磁控溅射 类金刚石膜 拉曼光谱 红外光谱     

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用射频等离子体增强非平衡磁控溅射在Si100基底上沉积了金属Cu膜。研究了偏压,射频功率和磁场等沉积参数对膜性能的影响。用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)和电子能谱(EM)检测了膜的表面形貌,结构和成分。结果表明,射频放电有利于表面均匀光滑、电导率高的Cu沉积膜的形成;沉积参数对沉积膜的性能有重要的影响。     

非平衡磁控溅射制备类石墨碳膜及性能研究

利用中频非平衡磁控溅射技术在单晶硅基底上沉积了类石墨碳膜, 采用Raman光谱、高分辨透射电子显微镜、原子力显微镜分析了薄膜微观结构和表面形貌; 采用纳米压痕仪和CSM摩擦磨损试验机测试了碳膜力学性能和摩擦学性能. 结果表明: 利用中频非平衡磁控溅射技术沉积的碳膜是一种以sp²键合碳为主、结构非晶、硬度适中、应力较低、表面粗糙度较大、摩擦性能优异的薄膜. 脉冲占空比对薄膜微观结构和性能有显著影响, 随着脉冲占空比的增大, Raman光谱D峰和G峰的强度比I_D/I_G先减小后增大, 而硬度随脉冲占空比的增大却呈现出相反的变化趋势, 即先增大后减小; 大气氛围中的摩擦性能测试表明, 本实验制备的薄膜具有优异的抗磨性能(～10^-11 cm³/N^-1. m^-1)和承载能力(～2.5 GPa). 随脉冲占空比的增大, 薄膜摩擦系数变化甚微而磨损率却呈现先显著减小后轻微增大的变化趋势. 类石墨碳膜优异的摩擦学性能主要归因于其独特的结构、较低的内应力及良好的结构稳定性.     

高压耦合高功率脉冲磁控溅射的增强放电效应

等离子体源离子注入与沉积技术作为一种可生产高结合力、高致密度涂层的真空镀膜技术,具有广阔的应用前景,尤其适用于高载荷工况下服役的功能涂层制备.该技术中金属等离子体源是关键,而现有的脉冲阴极弧源结构复杂,且由于伴随"金属液滴"而需要增加过滤装置.本文研究了另一种简单结构的金属等离子体源备选一高功率脉冲磁控溅射源(HPPMS)的放电特性,采用等离子体发射光谱仪探索了不同的耦合高压对HPPMS放电靶电流特性和等离子体特性的作用.发现耦合高压对HPPMS放电有明显的促进作用,相同靶电压下的放电强度大幅增加,相对于金属放电,耦合高压对气体放电的促进作用更加明显,但在自溅射为主的高压放电阶段对金属放电的促进作用明显增强.讨论了耦合高压对HPPMS放电的增强机制,发现耦合高压自辉光放电、耦合高压和HPPMS电压构成双向负压形成的空心阴极效应,以及耦合高压鞘层改善的双极扩散效应都对HPPMS放电的增强有明显作用.     

非平衡磁控溅射系统磁场的半解析法

应用电磁场分析中的一种新方法——半解析法,对一种典型的非平衡磁控溅射系统进行了磁场分析. 结果表明,应用半解析法计算,求解变量少、方法简单,而且计算精度高,该方法相对于等效源法有严密的理论依据,标量位函数的表达式为级数解析式,有利于场强的计算,更有利于优化设计. 关键词： 非平衡磁控溅射 半解析法 标量磁位 磁场强度     

非平衡磁控溅射系统磁场的半解析法

应用电磁场分析中的一种新方法——半解析法，对一种典型的非平衡磁控溅射系统进行了磁场分析. 结果表明，应用半解析法计算,求解变量少、方法简单，而且计算精度高，该方法相对于等效源法有严密的理论依据，标量位函数的表达式为级数解析式，有利于场强的计算，更有利于优化设计.     

MW-ECR PE-UMS等离子体特性及对Zr-N薄膜结构性能的影响

采用静电探针技术对微波电子回旋共振(MW-ECR) 等离子体进行了诊断,利用等离子体增强 非平衡磁控溅射(PE-UMS)法在常温下制备了Zr-N薄膜, 通过EPMA，XRD，显微硬度对膜的 结构和性能进行评价.实验结果表明，随氮气流量增加，总的等离子体密度从807×10⁹c m^-3增加到831×10⁹cm^-3然后逐渐减小为752×10 ⁹cm^-3；而N₂⁺密度则从312×10^{8< /sup>cm-3线性递增到335×109cm-3；电子温度变化 不大.对薄膜而言，随N₂+密度增大，样品中氮含量增加，而晶粒逐 渐变小，当样品中N/ Zr原子比达到14时，薄膜中出现亚稳态的Zr₃N₄相以及非晶相， 在更高氮流量下，整 个薄膜转变为非晶态.与此相应，薄膜硬度由最初的225GPa增大到2678GPa 然后逐渐减 小到1982GPa. 关键词： 氮化锆薄膜 ECR等离子体 磁控溅射 诊断}