PBAIP等離子體鞘層物理特性的應(yīng)用研究.pdf

1、脈沖偏壓電弧離子鍍(PulsedBiasArcIonPlating，PBAIP)是近十幾年來發(fā)展起來的一種新興薄膜沉積技術(shù)，與傳統(tǒng)的電弧離子鍍技術(shù)相比，它具有沉積溫度低、殘余應(yīng)力小、晶粒細(xì)化及顆粒凈化等優(yōu)點(diǎn)，為沉積性能優(yōu)異的多層薄膜提供了條件。但是脈沖偏壓等離子體鞘層理論方面的計(jì)算研究進(jìn)展不足于達(dá)到指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的程度，尚未形成理論應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)并從實(shí)驗(yàn)的信息反饋中完善自己的益性研究循環(huán)。 本文在對脈沖偏壓等離子體鞘層特性進(jìn)行理論計(jì)算研究

2、后，為了驗(yàn)證其對實(shí)驗(yàn)有指導(dǎo)意義，設(shè)計(jì)了兩組實(shí)驗(yàn)，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)的分析與檢測。 首先，針對絕緣基板，本文建立了自洽的射頻和脈沖等離子體鞘層流體動(dòng)力學(xué)模型，研究了脈沖偏壓等離子體鞘層物理特性以及脈沖偏壓頻率、占空比和幅值對絕緣基板表面充電效應(yīng)和轟擊到絕緣基板上離子能量分布的影響。模型包括離子連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和泊松方程，特別是提出了可以自洽地決定絕緣基板表面電勢、表面電荷密度和鞘層厚度關(guān)系的等效電路方程。模擬結(jié)果表明，轟擊到

3、絕緣基板上的離子能量分布具有雙峰結(jié)構(gòu)，脈沖偏壓下的離子能量分布近似為斷續(xù)的，因而可以得到較為均勻的離子能量。 然后，設(shè)計(jì)并參與完成兩組實(shí)驗(yàn)： (1)在高速鋼上沉積(TiNb)N薄膜； (2)分別在取向?yàn)?100)的單晶Si片上和316L不銹鋼上沉積TiO2薄膜。 利用X射線衍射(XRD)對薄膜的相組成進(jìn)行了分析，運(yùn)用掃描電子顯微鏡(SEM)對薄膜的表面形貌進(jìn)行了觀察，考察了不同脈沖偏壓對薄膜組織和微觀結(jié)構(gòu)