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     

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。     

非平衡磁控溅射双势阱静电波动及其共振耦合

非平衡磁控靶表面电场和磁场相互正交构成磁阱结构,磁控靶和与之平行的偏压基片之间形成了另一种势阱结构,等离子体静电波动在这两种势阱结构中形成耦合共振.采用Langmuir探针研究等离子体中参数和浮置电位信号的功率谱密度.典型放电条件下两种势阱结构中的本征频率分别约为30—50 kHz和10—20 kHz,两种势阱条件下根据声驻波共振模式计算的电子温度数值与实验结果相符合.     

磁控溅射沉积薄膜实验参数优化光谱诊断

采用磁控溅射仪、Omni-λ300系列光栅光谱仪、CCD数据采集系统和光纤导光系统等构成的等离子体光谱分析系统,采集了以Cu和Al为靶材、氩气为工作气体,射频磁控溅射法沉积硅基薄膜时的等离子体发射光谱。以CuⅠ324.754 nm,CuⅠ327.396 nm,CuⅠ333.784 nm,CuⅠ353.039 nm,AlⅠ394.403 nm和AlⅠ396.153 nm为分析线,研究了Cu和Al等离子体发射光谱强度随溅射时间、溅射功率、靶基距和气体压强等实验参数的变化。并与射频磁控溅射沉积薄膜实验参数的选择进行对比,表明发射光谱法对射频磁控溅射薄膜生长条件的优化有着很好的指导作用。     

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     

磁控溅射ZnO薄膜生长的等离子体发射光谱研究

通过反应磁控溅射过程中的等离子体发射光谱，研究了制备ZnO薄膜的沉积温度、氧气流量比例R=O₂/(O₂+Ar)对Zn和O原子发射光谱的影响，并结合ZnO薄膜的结构和物理性能，探讨了沉积温度在ZnO薄膜生长中的作用.研究结果显示：当R≥0.75%时， Zn的溅射产额随R的增加基本呈线性下降规律.当R介于10%—50%时，氧含量的变化相对平缓，有利于ZnO薄膜生长的稳定性控制.Zn原子发射光谱强度随沉积温度的变化可以分为三个阶段.当沉积温度低于250℃时，发射光谱强 关键词： ZnO 薄膜生长 反应磁控溅射 等离子体发射光谱     

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.     

利用等离子体辅助脉冲磁控溅射实现 多晶硅薄膜的低温沉积

本文报道了利用电感耦合等离子体辅助中频直流脉冲磁控溅射在温度300 ℃ 以下沉积氢化多晶硅薄膜的制备方法. 利用拉曼散射、X射线衍射、透射电子衍射和傅里叶红外光谱对多晶硅薄膜进行了表征. 详细研究了氢气在沉积过程中所起的作用, 并结合Langmuir探针和发射光谱等等离子体诊断方法, 对辅助等离子体源在多晶硅薄膜制备过程中所起到的作用进行了讨论.     

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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。     

基片下磁场磁控对溅射辉光及薄膜梯度的影响

溅射时在基片下方放置磁铁，让来自基片下方的磁场发挥磁控作用，以此来研究基片下磁场磁控溅射的方法.发现辉光形貌以及沉积的薄膜厚度分布均发生明显变化的同时，辉光的外形也随着外加磁铁直径的变化而变化.运用磁荷理论对空间磁场分布进行模拟，解释了辉光形貌变化的机理；运用沉积粒子在外加梯度磁场中运动理论解释了膜厚分布. 关键词： 磁控溅射 辉光 磁场模拟 膜厚梯度     

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.     

磁约束磁控溅射源的磁场设计

磁控溅射镀膜机中的磁场分布对靶材利用率有着重要影响。为了提高磁控溅射源的靶材利用率,设计组抛弃了传统的跑道环形式的磁场设计理念,而是将永磁体或电磁体分置溅射靶的两侧,使其在溅射靶表面上方产生磁约束(磁镜)磁场。本设计使用有限元分析方法对磁场进行仿真计算,通过模拟磁场计算结果和实测结果的比较,验证有限元方法的可靠性。Ansys有限元分析软件对磁场分布进行仿真模拟,大大简化了计算并缩短了设计周期。通过实验验证,磁约束磁场大大提高了靶材的利用率。     

等离子体发射光谱诊断用于射频磁控溅射GaP薄膜的工艺参数优化

以GaP为靶材、Ar为工作气体,采用射频磁控溅射法制备了厚层GaP膜.对沉积过程中的辉光放电等离子体进行了发射光谱诊断,发现只有ArⅠ发射谱线.研究了工艺参数对发射谱线强度的影响规律,并在此基础上通过同时改变射频功率、Ar气流量及工作气压,使ArⅠ发射谱线强度保持相同.发现通过增大射频功率、减小工作气压而保持ArⅠ发射谱线强度不变可以提高GaP膜的沉积速率,并使GaP膜的沉积工艺参数得到优化.在优化后的工艺参数下制备出了符合化学计量比、红外透过性能好的厚层GaP膜. 关键词： GaP薄膜 射频磁控溅射 等离子体发射光谱 红外透射     

射频磁控溅射法制备ZnS多晶薄膜及其性质

实验采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积了ZnS多晶薄膜,研究了沉积气压、退火温度和衬底温度对ZnS薄膜质量的影响.利用X射线衍射(XRD)分析了薄膜的微结构,并计算了内应力值.通过紫外-可见光分光光度计测量了薄膜的透过谱,计算了Urbach能量和禁带宽度.利用扫描电子显微镜(SEM)观察了薄膜的表面形貌.结果表明: 衬底温度为室温时沉积的ZnS薄膜具有较大的压应力,并且内应力值随着工作气压增大而增大,在300 ℃下进行退火处理后内应力松弛,衬底温度为350 ℃时制备的ZnS薄膜内应力小,透过率高,经300 ℃退火处理后结晶质量有所提高. 关键词： ZnS薄膜 射频磁控溅射 内应力