高功率脉冲磁控溅射圆筒内表面制备Cr薄膜的研究

摘要

薄膜制备技术广泛应用于工业、医疗、生物、军事等各个领域，在特殊环境下工作的器件常常需要在其表面制备一层薄膜来满足应用需求。本文通过高功率脉冲磁控溅射技术（HPPMS）在圆筒内表面制备Cr的薄膜，通过光纤光谱仪对溅射过程发射光谱进行诊断，并对其放电特性进行分析，再在不同工艺下制备Cr薄膜并通过光学显微镜、SEM、划痕仪、显微硬度仪等测试方法对薄膜的微观结构和宏观性能进行了分析。
　　在直流溅射和高功率脉冲磁控溅射的光谱诊断中，直流溅射的激发态Ar原子特征谱线强度很高，而Cr的特征光谱强度一般，高功率溅射中Cr元素的特征光谱强度大大提升，而Ar元素的光谱也明显下降，证明了高功率脉冲磁控溅射中金属离化率明显高于直流溅射的。随着功率的提升，整体光谱强度明显随之增大；随着压强的提升，光谱强度没有发生明显变化。
　　本文研究了Cr靶高功率脉冲磁控溅射放电特性，发现随着气压从0.2Pa增加到1.4Pa，脉冲电流先出现明显增大，但增加幅度越来越小最后保持稳定；当靶电压从450V上升到650V，脉冲电流出现明显升高，且其提升幅度也越来越大；当脉冲频率从20Hz增加到150Hz，脉冲电流并无明显变化，只出现了略微增大的趋势；当脉冲宽度从50μs增大到250μs时，脉冲电流先迅速增大，但在脉宽达到100μs时脉冲电流就基本保持稳定，脉宽为250μs时出现了明显的电流平台。
　　随着靶电压的提高，气体离子能量增大，Cr靶溅射产额增大，从而溅射粒子的能量和数量都增大，薄膜的沉积速率明显提升。当圆筒内径增大，薄膜沉积速率明显降低，这是因为等效靶基距的增大使溅射粒子能量损失或者被吸引回靶材。工作气压和基体偏压对薄膜形貌和沉积速率的影响都较为复杂。
　　随着靶电压和基体偏压的提高，薄膜的膜基结合力都增大；圆筒内径增大时，膜基结合力也呈增大趋势；工作气压提高时，膜基结合力逐渐下降。当靶电压和基体偏压逐渐提高，薄膜显微硬度值都呈现先增大后减小的趋势。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第2章 试验材料、设备及方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 实验方法

2.4 分析测试方法

第3章 Cr靶磁控溅射发射光谱分析及其放电特性研究

3.1 Cr靶磁控溅射发射光谱分析

3.2 Cr靶HPPMS放电特性的研究

3.3 本章小结

第4章 Cr靶圆筒内表面HPPMS工艺的研究

4.1 靶电压对薄膜微观形貌的影响

4.2 工作气压对薄膜微观形貌的影响

4.3 基体偏压对薄膜微观形貌的影响

4.4 圆筒内径对薄膜微观形貌的影响

4.5 本章小结

第5章 薄膜力学性能的研究

5.1 薄膜膜基结合力的测试分析

5.2 薄膜显微硬度的测试分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢