电参数对磁控溅射纯Cr镀层沉积过程的影响

摘要

本文采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术在不同的靶电压、偏压、占空比下制备了纯Cr镀层。通过原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了纯Cr镀层的微观组织形貌和择优生长取向；采用四点探针测试仪测量了纯Cr镀层的方块电阻；利用CH1660B电化学工作站(极化曲线)分析了纯Cr镀层耐腐蚀性能的变化。探讨了电参数的变化对磁控溅射纯Cr镀层组织结构的影响机理。研究结果表明：随着靶电压的增大,纯Cr镀层的厚度和沉积速率显著增大。300V靶电压下纯Cr镀层为嵌入有纳米晶的非晶组织结构,400V和500V靶电压下纯Cr镀层均为柱状晶结构。纯Cr镀层的组织结构随着偏压值的增大由柱状晶向细小、致密等轴晶转变,同时镀层晶体择优生长面由(200)晶面变为(110)晶面,耐腐蚀性能逐渐增强。随着占空比的增大,纯Cr镀层的组织结构由柱状晶向均匀、细小纳米晶转变,纯Cr镀层的厚度和沉积速率相应增大,同时纯Cr镀层沿(110)晶面的择优取向程度减弱。不同电参数下在纯Cr镀层沉积过程中,单位时间内各种轰击粒子对镀层表面的轰击能量的改变是影响纯Cr镀层组织结构发生变化的关键因素；该轰击能量主要由溅射Cr原子和各种轰击离子所携带的能量两部分组成。本文最后对不同电参数下这两种能量进行了量化,同时建立了磁控溅射纯Cr镀层的结构区域模型。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 表面工程技术的发展

1.1.1 表面工程概述

1.1.2 物理气相沉积技术及其特点

1.2 气体放电、等离子体与溅射技术

1.2.1 气体放电

1.2.2 等离子体

1.2.3 溅射技术

1.3 磁控溅射离子镀技术

1.3.1 磁控溅射镀膜技术的发展和现状

1.3.2 磁控溅射离子镀的基本原理

1.3.3 磁控溅射离子镀技术的应用

1.3.4 磁控溅射镀膜的影响因素

1.4 薄膜沉积的一般规律

1.5 纯Cr镀层的应用

1.6 课题研究

1.6.1 课题的目的及意义

1.6.2 课题的研究内容

2 实验设备和实验方法

2.1 试验材料及试样前处理

2.1.1 试样基材材料

2.1.2 试样前处理

2.2 纯Cr镀层的制备

2.2.1 镀膜设备

2.2.2 镀膜过程

2.3 纯Cr镀层的分析测试方法

2.3.1 镀层组织结构分析

2.3.2 镀层性能分析

3 靶电压对纯Cr镀层形成及生长过程的影响

3.1 不同沉积时间下纯Cr镀层的表面AFM分析

3.1.1 单晶硅的表面形貌

3.1.2 不同清洗时间下的样品表面形貌

3.1.3 300V靶电压下不同时间样品的表面形貌

3.1.4 400V靶电压下不同时间样品的表面形貌

3.1.5 500V靶电压下不同时间样品的表面形貌

3.1.6 不同时间下的样品表面粗糙度分析

3.2 不同靶电压下Cr薄膜的SEM形貌分析

3.2.1 不同靶电压下Cr薄膜的表面形貌分析

3.2.2 不同靶电压下Cr薄膜的截面形貌分析

3.2.3 不同靶电压下纯Cr镀层的沉积速率分析

3.3 不同靶电压下Cr薄膜的TEM形貌分析

3.4 不同靶电压下Cr薄膜的XRD分析

3.5 不同靶电压下Cr薄膜的方块电阻分析

3.6 本章小结

4 偏压对纯Cr镀层形成及生长过程的影响

4.1 不同偏压下镀层的AFM形貌分析

4.1.1 不同偏压下纯Cr镀层沉积1min时表面AFM形貌

4.1.2 不同偏压下纯Cr镀层沉积1min时表面粗糙度分析

4.2 不同偏压下纯Cr镀层的SEM分析

4.2.1 不同偏压下纯Cr镀层SEM形貌分析

4.2.2 不同偏压下纯Cr镀层的厚度

4.3 不同偏压下沉积镀层的XRD分析

4.3.1 不同偏压下镀层XRD图谱分析

4.3.2 不同偏压下纯Cr镀层的平均晶粒尺寸分析

4.4 不同偏压下镀层方块电阻分析

4.5 不同偏压下纯Cr镀层的耐腐蚀性能分析

4.5.1 不同偏压下纯Cr镀层的电化学极化曲线

4.5.2 不同偏压下纯Cr镀层腐蚀后的形貌分析

4.5.3 纯Cr镀层耐腐蚀性能讨论

4.6 本章小结

5 占空比对磁控溅射镀层沉积影响的机理研究

5.1 不同占空比下镀层的AFM分析

5.1.1 不同占空比下纯Cr镀层的AFM表面形貌分析

5.1.2 不同占空比下纯Cr镀层的AFM表面粗糙度分析

5.2 不同占空比下纯Cr镀层的SEM微观形貌分析

5.2.1 不同占空比下纯Cr镀层的表面SEM形貌分析

5.2.2 不同占空比下镀层的截面形貌分析

5.3 不同占空比下纯Cr镀层的XRD分析

5.4 不同占空比下纯Cr镀层的方块电阻分析

5.5 本章小结

6 磁控溅射纯Cr镀层的结构区域模型

6.1 结构区域模型建立基础

6.2 磁控溅射纯Cr镀层的结构区域模型

6.2.1 不同电参数下纯Cr镀层表面微区能量参数的计算

6.2.2 磁控溅射纯Cr镀层结构区域模型的建立

6.3 讨论

7 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和专利