放电条件及气体流量对磁控溅射Cr镀层沉积效果影响研究

摘要

本文通过改变磁控溅射气体放电条件，首先在直流条件与脉冲条件下不同沉积时间内制备了纯Cr镀层，以此来讨论不同放电条件对镀层厚度均匀性、生长过程和微观组织结构的区别及影响，并且对直流与脉冲条件放电机理进行了分析；其次，在直流条件下不同的靶电压及通气流量下制备了纯Cr镀层，以此来讨论靶电压及通气流量对镀层厚度均匀性及微观组织结构的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)对镀层的厚度进行测量；采用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)对镀层微观组织结构进行了分析。本次研究对脉冲条件下磁控溅射的深入研究有着重要意义，并对磁控溅射薄膜厚度均匀性的改善、镀层性能的优化及磁控溅射设备的改进起到一定指导作用。
　　 研究结果表明：脉冲条件下所沉积的薄膜在薄膜生长的不同阶段都要比在直流条件下所沉积的薄膜致密度高，晶粒度小，表面粗糙度低；放电条件的改变并未对镀层厚度均匀性状况的改变起到实质作用；直流与脉冲条件下，纯Cr镀层均按照非自发形核方式形核，新相核心形成以后经历了一个核长大和小晶粒相互吞并联结长大的过程；直流条件下镀层晶体主要沿低能晶面Cr(110)面择优生长，而脉冲条件下镀层晶体主要沿高能晶面Cr(200)择优生长。
　　 在直流条件下，靶电压的升高，会使得镀层晶粒度逐渐变大，粗糙度逐渐增加，通气流量的增大，会使得镀层晶粒度下降，粗糙度降低；靶电压和通气流量的变化，使得径向方向上的镀层厚度在距离靶面较低的区域(90mm～150mm)变化很大，而在距离靶面较远处(150mm～240mm)厚度几乎不变。