中频叠加高功率脉冲磁控溅射等离子体特性及所制TiN薄膜性能研究

发布时间：2021-04-21 09:48

　　高功率脉冲磁控溅射（high power impulse magnetron sputtering,HiPIMS）具有尖峰功率密度高、靶材离化率高、所制薄膜致密等优点。但该方法存在沉积速率低、放电过程易打弧等缺点。针对HiPIMS的缺点,本文采用中频（middle frequency,MF）与HiPIMS相叠加（superimposed HiPIMS and MF）的电源设计思路,尝试构建了叠加电源系统,详细研究了该系统中MF持续时间和功率变化对叠加电源等离子体放电特性和所制TiN薄膜沉积速率与结构性能的影响。主要结论如下:（1）随着MF持续时间增加,HiPIMS脉冲尖峰功率密度由686 W/cm²降低至460 W/cm²,降低了32.9%,离化率由0.39降低至0.10,降低了74.3%。随着MF功率增加,HiPIMS脉冲尖峰功率密度在477-501 W/cm²范围内波动,离化率由0.18增加至0.22。HiPIMS脉冲尖峰功率密度和离化率对MF持续时间变化比对MF功率变化更敏感。（2）成分分析表明,TiN薄膜Ti含量... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 高功率脉冲磁控溅射及其发展
        1.1.1 复合高功率脉冲磁控溅射
        1.1.2 叠加高功率脉冲磁控溅射
    1.2 TiN薄膜
    1.3 研究目的与意义
    1.4 研究内容
2 实验材料、设备与方法
    2.1 实验材料
    2.2 高真空磁控溅射镀膜机
        2.2.1 中频叠加高功率脉冲磁控溅射电源系统
        2.2.2 放电参数采集系统
        2.2.3 等离子体光谱采集系统
    2.3 TiN薄膜制备
        2.3.1 中频持续时间和功率定义
        2.3.2 薄膜制备流程
    2.4 TiN薄膜表征
        2.4.1 成分测试
        2.4.2 显微结构测试
        2.4.3 力学性能测试
3 中频持续时间对等离子体特性和TiN薄膜性能影响
    3.1 中频持续时间对等离子体特性影响
        3.1.1 中频持续时间对放电与功率密度影响
        3.1.2 中频持续时间对离化率影响
    3.2 中频持续时间对TiN薄膜性能影响
        3.2.1 TiN薄膜成分
        3.2.2 TiN薄膜显微结构
        3.2.3 TiN薄膜力学性能
    3.3 小结
4 中频功率对等离子体特性和TiN薄膜性能影响
    4.1 中频功率对等离子体特性的影响
        4.1.1 中频功率对放电与功率密度的影响
        4.1.2 中频功率对离化率的影响
    4.2 中频功率对TiN薄膜性能影响
        4.2.1 TiN薄膜成分
        4.2.2 TiN薄膜显微结构
        4.2.3 TiN薄膜力学性能
    4.3 小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录
    A.攻读硕士期间发表论文
    B.攻读硕士期间申请发明专利


【参考文献】：
期刊论文
[1]高功率脉冲电流对磁控溅射TiN薄膜结构及力学性能影响[J]. 李永健,孔营,胡健,耿慧远,巩春志,田修波.  真空科学与技术学报. 2015(12)
[2]Influence of Substrate Negative Bias on Structure and Properties of TiN Coatings Prepared by Hybrid HIPIMS Method[J]. Zhenyu Wang,Dong Zhang,Peiling Ke,Xincai Liu,Aiying Wang.  Journal of Materials Science & Technology. 2015(01)
[3]不同靶材料的高功率脉冲磁控溅射放电行为[J]. 吴忠振,田修波,潘锋,付劲裕,朱剑豪.  金属学报. 2014(10)
[4]高功率脉冲磁控溅射的阶段性放电特征[J]. 吴忠振,田修波,李春伟,Ricky K.Y.Fu,潘锋,朱剑豪.  物理学报. 2014(17)
[5]高脉冲功率密度复合磁控溅射电源研制及放电特性研究[J]. 田修波,吴忠振,石经纬,李希平,巩春志,杨士勤.  真空. 2010(03)
[6]磁控溅射镀膜过程中非均匀磁场中电子的运动[J]. 王合英,孙文博,陈宜宝,何元金.  物理实验. 2008(11)



本文编号：3151534