双脉冲高功率磁控溅射放电特性及CrN薄膜沉积研究

发布时间：2017-09-17 02:25

  本文关键词：双脉冲高功率磁控溅射放电特性及CrN薄膜沉积研究

  更多相关文章： 磁控溅射 双脉冲 放电特性 光谱特性 沉积速率

【摘要】：高功率磁控溅射技术具有膜层致密、膜基结合力好以及薄膜均匀等优点,但是其较低的沉积速率成为制约其发展的重要因素。针对高功率沉积速率低的缺点,国内外提出了很多解决方法,包括直流复合脉冲高功率技术和MPP技术,但这几种技术在提高高功率沉积速率的同时降低了高功率的离化率。针对高功率磁控溅射技术的缺点,本文提出了一种新型的双脉冲复合高功率磁控溅射技术。通过电压较高的引燃脉冲激发高密度等离子体,再利用电压较低的工作脉冲维持等离子体放电,并降低高功率磁控溅射的靶材回吸作用。通过双脉冲高功率在真空室Cr靶放电,研究了不同引燃脉冲电压与脉宽,不同工作脉冲电压与脉宽以及不同气压对单位功率下靶材平均电流与到达基体的离子数的影响,并通过光谱分析不同参数下靶材表面等离子体中Ar(0)、Ar(1+)以及Cr(0)特征谱线强度。分别在不同引燃脉冲电压与引燃脉冲脉宽条件下制备了CrN薄膜。通过分析其表面与截面形貌、相结构、硬度、压痕以及摩擦磨损特性,研究不同引燃脉冲参数对CrN薄膜结构性能的影响。双脉冲高功率在真空室Cr靶放电与光谱特性表明,双脉冲高功率离化率以及溅射Cr原子数比传统高功率更多。引燃脉冲电压、脉宽越高,工作脉冲电压越高,轰击到基体的离子数越多;工作脉冲脉宽约宽,轰击到基体的离子数越少。随着引燃脉冲电压、脉宽,工作电压的增加,Ar(0)光谱强度减小,Ar(1+)与Cr(0)光谱强度增加。随着工作脉冲脉宽的增加,Ar(0)、Ar(1+)与Cr(0)的光谱强度增加。随着气压的增加,Ar(0),Ar(1+)光谱强度增加,Cr(0)光谱强度先增加后减小。通过对双脉冲高功率制备的CrN薄膜研究发现,双脉冲高功率沉积速率最大约为传统高功率的3倍。随着引燃脉冲电压以及脉宽的升高,沉积速率先增加后减小,CrN(111)衍射峰向小角度偏移,内应力增大。并且其显微硬度随之增加,摩擦系数减小。
【关键词】：磁控溅射 双脉冲 放电特性 光谱特性 沉积速率
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 课题背景9
• 1.2 磁控溅射技术9-22
• 1.2.1 磁控溅射原理10-11
• 1.2.2 高功率磁控溅射技术11-22
• 1.3 双脉冲磁控溅射技术的提出22-23
• 1.4 本文主要研究内容23-24
• 第2章 试验材料材料及方法24-30
• 2.1 试验材料制备及试验设备24-25
• 2.1.1 实验材料24
• 2.1.2 试样制备24
• 2.1.3 实验设备24-25
• 2.2 试验方法25-30
• 2.2.1 双脉冲高功率放电特性及光谱试验25-28
• 2.2.2 CrN薄膜的制备28-29
• 2.2.3 分析测试方法29-30
• 第3章 双脉冲高功率放电特性的研究30-49
• 3.1 双脉冲高功率与单脉冲高功率放电特性的对比30-32
• 3.2 引燃脉冲电压对双脉冲高功率放电特性的影响32-35
• 3.3 引燃脉冲脉宽对双脉冲高功率放电特性的影响35-38
• 3.4 工作脉冲电压对双脉冲高功率放电特性的影响38-41
• 3.5 工作脉冲脉宽对双脉冲高功率放电特性的影响41-44
• 3.6 气压对双脉冲高功率放电特性的影响44-47
• 3.7 本章小结47-49
• 第4章 双脉冲高功率光谱特性的研究49-60
• 4.1 双脉冲高功率与传统高功率光谱特性的对比49-52
• 4.2 引燃脉冲电压对双脉冲高功率光谱特性的影响52-53
• 4.3 引燃脉冲脉宽对双脉冲高功率光谱特性的影响53-54
• 4.4 工作脉冲电压对双脉冲高功率光谱强度的影响54-56
• 4.5 工作脉冲脉宽对双脉冲高功率光谱特性的影响56-57
• 4.6 气压对双脉冲高功率光谱特性的影响57-58
• 4.7 本章小结58-60
• 第5章 双脉冲高功率制备的CrN薄膜结构性能研究60-76
• 5.1 工艺参数对CrN薄膜表面与截面的影响60-65
• 5.1.1 传统高功率制备的CrN薄膜表面与截面形貌60
• 5.1.2 引燃脉冲电压对CrN薄膜表面与截面的影响60-63
• 5.1.3 引燃脉冲脉宽对CrN薄膜表面与截面的影响63-65
• 5.2 工艺参数对CrN薄膜结构的影响65-66
• 5.2.1 引燃脉冲电压对CrN薄膜结构的影响65
• 5.2.2 引燃脉冲脉宽对CrN薄膜结构的影响65-66
• 5.3 工艺参数下CrN薄膜压痕形貌的影响66-68
• 5.3.1 引燃脉冲电压对CrN薄膜压痕形貌的影响66-67
• 5.3.2 引燃脉冲脉宽对CrN薄膜压痕形貌的影响67-68
• 5.4 工艺参数对CrN薄膜硬度的影响68-70
• 5.4.1 引燃脉冲电压对CrN薄膜硬度的影响68-69
• 5.4.2 引燃脉冲脉宽对CrN薄膜硬度的影响69-70
• 5.5 工艺参数对CrN薄膜摩擦磨损性能的影响70-74
• 5.5.1 引燃脉冲电压对CrN薄膜摩擦磨损性能的影响70-72
• 5.5.2 引燃脉冲脉宽对CrN薄膜摩擦磨损性能的影响72-74
• 5.6 本章小结74-76
• 结论76-77
• 参考文献77-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果84-86
• 致谢86

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本文编号：866722