外部等離子源輔助磁控濺射電特性及TiN薄膜制備研究.pdf

1、磁控濺射具有沉積速率高及基片溫升低的特點(diǎn),在真空鍍膜領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。等離子源輔助磁控濺射技術(shù)具有比常規(guī)磁控濺射更高的金屬離化率和等離子體密度,應(yīng)用前景廣闊。本文研究了射頻等離子體源及熱燈絲源輔助磁控濺射電源的電特性,并運(yùn)用射頻輔助直流磁控濺射技術(shù)在不銹鋼表面沉積了氮化鈦薄膜,系統(tǒng)研究了氣壓和基板偏壓對(duì)沉積膜層相結(jié)構(gòu)、厚度、硬度、腐蝕及摩擦學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明,磁控電源恒流模式下,增加射頻功率和陽(yáng)極電流均可有效地降低靶電壓。相對(duì)

2、而言,射頻放電對(duì)靶電壓的影響較大,熱燈絲放電對(duì)其影響較小。工作氣壓的升高使有效二次電子發(fā)射增強(qiáng),靶電壓下降；偏壓的升高加強(qiáng)了對(duì)等離子體的干擾,使靶電壓提高,射頻的引入可減小偏壓對(duì)放電電壓的影響；輔助等離子體使磁控電源的I-V曲線下移,但不影響整體趨勢(shì)；工件與靶的間距越大,對(duì)靶電壓的影響越??；N2含量的提高對(duì)Ti靶和不銹鋼靶的影響相反,這主要是兩者在反應(yīng)磁控濺射時(shí),靶表面二次電子發(fā)射系數(shù)不同造成的,射頻的引入增加了反應(yīng)氣體的離化率,加強(qiáng)了

3、這種影響。高的氣壓有利于氮化鈦(111)晶面的形成。并且隨著氣壓的升高,薄膜沉積速率先增加后減小。而在相同氣壓下,射頻輔助條件下沉積速率明顯提高。在高氣壓下射頻輔助沉積可以得到硬度更高的膜層,其中0.9Pa氣壓下制備膜層的硬度最高。無(wú)射頻輔助時(shí),膜層的耐腐蝕性能在0.3Pa到0.6Pa區(qū)間內(nèi)隨著氣壓的增加而提高,但在0.9Pa時(shí)有所降低,而有射頻輔助時(shí)耐腐蝕性則始終隨氣壓增加而提高。低氣壓下制備的膜層摩擦學(xué)性能較好,摩擦系數(shù)在摩擦實(shí)驗(yàn)中