高功率脈沖磁控濺射TiN薄膜性能調(diào)控.pdf

1、高功率脈沖磁控濺射技術(shù)(HPPMS)制備的氮化鈦(TiN)薄膜具有硬度高、薄膜致密、膜基結(jié)合強(qiáng)等一系列優(yōu)異性能，但卻存在殘余應(yīng)力大、沉積速率低、薄膜韌性差這三點(diǎn)不足，限制了其應(yīng)用的范圍。為了降低HPPMS制備氮化鈦(TiN)薄膜的內(nèi)應(yīng)力、提高沉積速率及薄膜韌性，本文設(shè)計(jì)通過(guò)控制濺射氣壓調(diào)控離子能量，降低薄膜內(nèi)應(yīng)力;通過(guò)調(diào)整濺射靶磁場(chǎng)提高到達(dá)基片的靶材粒子數(shù)目，提高薄膜沉積速率;進(jìn)一步利用TiN多層薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高薄膜韌性。
　　本

2、文采用HPPMS技術(shù)，在不同濺射氣壓(0.2 Pa、1.0 Pa和2.0 Pa)和靶面磁場(chǎng)強(qiáng)度（40 mT和115 mT）下反應(yīng)濺射沉積TiN薄膜。利用原子發(fā)射光譜和自制的離子能量檢測(cè)裝置分別研究了TiN薄膜沉積過(guò)程中等離子體組分和離子能量，并對(duì)所制備的薄膜的殘余應(yīng)力、沉積速率、力學(xué)性能等進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了解決TiN薄膜韌性不足問(wèn)題，本文在40 mT靶面磁場(chǎng)強(qiáng)度下，利用交替變化濺射氣壓(0.2 Pa，2.0 Pa)的方式，實(shí)現(xiàn)了不同應(yīng)力、硬

3、度的TiN薄膜交替沉積，制備了TiN多層薄膜，研究了薄膜韌性。
　　研究結(jié)果表明，隨著濺射氣壓增大(0.2 Pa增至2.0 Pa)，到達(dá)基片的離子能量減小，制備的TiN薄膜殘余應(yīng)力顯著降低(當(dāng)靶面磁場(chǎng)為40 mT時(shí)，應(yīng)力從8.5 GPa降為0.8 GPa)，膜基結(jié)合力顯著增大。降低靶面磁場(chǎng)強(qiáng)度（115 mT降為40 mT），可以有效地減弱靶磁場(chǎng)對(duì)靶材離子的束縛和反吸收程度，使基片前靶材離子/原子比值可以提高三倍，沉積速率最大可以提