磁控濺射多元層狀結(jié)構(gòu)的形成條件及計算機(jī)模擬.pdf

1、多層膜材料是近年來發(fā)展起來的一種在力學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等方面均表現(xiàn)出諸多特殊物理現(xiàn)象和優(yōu)異性能的新型材料，而多層膜的這些不同于一般材料的特殊性能都與調(diào)制周期調(diào)(∧)和調(diào)制比(R)密切相關(guān)。研究顯示，靶材間的組合選擇及組元間的擴(kuò)散化合等因素強(qiáng)烈影響著多層結(jié)構(gòu)的形成過程。所以在利用磁控濺射技術(shù)制備多層膜時有必要澄清多層膜的形成條件以及基片運(yùn)動模式、參數(shù)及各組元靶電流與多層膜調(diào)制尺度之間的關(guān)系，進(jìn)而實現(xiàn)對各種多層膜調(diào)制尺度的控制以及設(shè)備的優(yōu)

2、化設(shè)計。
　　 本文通過對Al、Cu、Cr三種典型的不同熔點(diǎn)材料在不同靶電流下的空間沉積速率、基片的運(yùn)動形式和靶基相對夾角進(jìn)行量化分析，再根據(jù)SZM模型，判斷單靶沉積試驗中薄膜的生長方式，進(jìn)而推斷形成多層結(jié)構(gòu)的條件。在上述基礎(chǔ)上，基于各靶濺射互不影響、組元間無擴(kuò)散化合的假設(shè)，建立多靶磁控濺射形成多層結(jié)構(gòu)的堆疊沉積模型，并根據(jù)所建立的模型編寫用于模擬濺射沉積形成多層結(jié)構(gòu)過程的計算機(jī)程序。綜合單靶濺射沉積試驗的分析結(jié)果和多層結(jié)構(gòu)沉積

3、堆疊模型，提出了小電流、短時間以合適的轉(zhuǎn)速來制備多層膜的原則，分別模擬計算了不同工藝參數(shù)下濺射形成Cu/Cr系列復(fù)合膜和Al/Cu系列復(fù)合膜的沉積過程和特征參數(shù)，通過試驗制備上述復(fù)合膜，來驗證模擬計算的可靠性。
　　 研究結(jié)果表明：基片在不同工件架上的運(yùn)動模式和基片在運(yùn)動過程中靶-基夾角的變化致使有效沉積時段內(nèi)沉積速率發(fā)生變化，即有效沉積時段內(nèi)的組元材料在基片上的沉積量發(fā)生變化，從而改變了多元復(fù)合膜的沉積過程和結(jié)構(gòu)。通過對單靶沉

4、積試驗結(jié)果分析可知，當(dāng)基片偏壓為-65V時，在試驗范圍內(nèi)，隨著靶電流的增大，Al靶(0.5A～2A)沉積速率變化范圍由3nm/min～20nm/min增大到10nm/min～120nm/min，Cu靶(0.5A～3.5A)沉積速率變化范圍由5nm/min～37nm/min增大到80nm/min～420nm/min，Cr靶(0.5A々1.5A)沉積速率變化范圍由5nm/min～25nm/min增大到20nm/min～120nm/min；可

5、以看出同種組元靶電流越大沉積速率越大；濺射形成多元層狀結(jié)構(gòu)的安全靶電流隨組元材料熔點(diǎn)的升高而增大，若各組元以低溫抑制型方式沉積生長，則相對應(yīng)的安全靶電流分別為：IAl≤0.5A，Icu≤2A，ICr≤3A。試驗分別制備了調(diào)制周期為38.1nm、50.7nm的不互溶型Cu/Cr系列納米多層膜和調(diào)制周期為32nm、37.9nm互溶型Al/Cu系列納米多層膜。相同工藝參數(shù)下的模擬計算值分別為：37.8nm、52.5nm、32.3nm、41.8