电弧离子镀弧斑运动受磁场控制机理研究

摘要

电弧离子镀技术是一种新颖的离子镀技术，其广泛应用于硬质薄膜和装饰薄膜领域，有着高离化率、高沉积速率，可实现低温沉积等优点，但其本身产生的大颗粒污染严重的制约了电弧离子镀技术的发展。本文研究的目的是采用实验的方法对轴对称磁场和扫描磁场下弧斑运动和镀得的膜层质量进行分析，建立起弧斑运动受磁场控制的机理。 本文从电弧放电机理和弧斑运动机理出发，结合实验的手段，提出了弧斑的运动在轴对称磁场中受磁场水平分量和垂直分量的控制机制。随着轴对称磁场水平分量磁场强度的增加，弧斑在靶面上的无序的随机运动逐渐变成有序的圆周运动，并且圆周运动的线速度随着水平磁场强度的继续变大而变快;轴对称磁场的垂直分量磁场强度增加，弧斑圆周运动的角速度会相应的变大;轴对称磁场的垂直分量与水平分量共同控制弧斑的轨迹半径大小。弧斑的运动速度和运动轨迹半径会影响靶面温度分布的变化，进而影响镀得膜层的质量、膜层成分和膜层沉积速率。弧斑运动速度越快，运动轨迹半径越大，靶面平均温度就越低，靶面高温点就越少，镀得的膜层表面质量就越好，但沉积速率会相对较慢。若所镀膜层是TiN膜层，如果靶面平均温度变高、高温点数量变多，膜层沉积后，主要成分会从(111)TiN变成(200)Ti2N，颜色会逐渐加深，从浅金黄色变成深金黄色再到古铜色。 本文根据弧斑运动的控制机理开发出通过扫描磁场来控制弧斑运动的控制方法。通过设定扫描磁场的扫描范围、扫描波形和扫描频率使弧斑在靶面做直径周期性变大或缩小的环形运动，极大地提高靶材的利用率，并且可以获得较好的膜层表面质量和较高的膜层沉积速率。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景及意义

1．2电弧离子镀膜技术

1．2．1电弧离子镀基本原理

1．2．2电弧离子镀的应用

1．2．3弧斑的性质与产生机理

1．2．4弧斑的运动

1．2．5电弧离子镀存在的问题及大颗粒产生机理

1．2．6电弧离子镀设备介绍

1．2．7电弧离子镀弧源的结构与发展

1．3研究内容、研究思路和研究方法

1．4研究的创新点

第2章轴对称磁场对弧斑运动及TiN膜层的影响

2．1引言

2．2实验设备

2．3轴对称磁场对弧斑运动轨迹的影响

2．3．1实验内容

2．3．2实验结果及讨论

2．4轴对称磁场对弧斑的运动速度的影响

2．4．1实验内容

2．4．2实验结果及讨论

2．5弧斑轨迹与运动速度对靶面温度的影响

2．5．1实验内容

2．5．2实验结果及讨论

2．6靶面温度对TiN膜层表面质量和成膜速度的影响

2．6．1 TiN膜层的制备

2．6．2膜层成分分析

2．6．3膜层表面质量分析

2．6．4膜层沉积速率分析

2．7本章小结

第3章扫描磁场对弧斑运动及TiN膜层的影响

3．1引言

3．2扫描磁场的设计原理

3．3扫描参数的选择对弧斑运动的影响

3．4扫描频率对镀膜的影响

3．4．1实验内容

3．4．2实验结果及讨论

3．5本章小结

4．1结论

4．2展望

参考文献

致谢

附录