高功率脉冲磁控溅射TiN薄膜性能调控

发布时间：2017-12-19 15:03

  本文关键词：高功率脉冲磁控溅射TiN薄膜性能调控　出处：《西南交通大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS)制备的氮化钛(TiN)薄膜具有硬度高、薄膜致密、膜基结合强等一系列优异性能,但却存在残余应力大、沉积速率低、薄膜韧性差这三点不足,限制了其应用的范围。为了降低HPPMS制备氮化钛(TiN)薄膜的内应力、提高沉积速率及薄膜韧性,本文设计通过控制溅射气压调控离子能量,降低薄膜内应力;通过调整溅射靶磁场提高到达基片的靶材粒子数目,提高薄膜沉积速率;进一步利用TiN多层薄膜结构设计提高薄膜韧性。本文采用HPPMS技术,在不同溅射气压(0.2 Pa、1.0 Pa和2.0 Pa)和靶面磁场强度(40 mT和115 mT)下反应溅射沉积TiN薄膜。利用原子发射光谱和自制的离子能量检测装置分别研究了 TiN薄膜沉积过程中等离子体组分和离子能量,并对所制备的薄膜的残余应力、沉积速率、力学性能等进行评价。为了解决TiN薄膜韧性不足问题,本文在40 mT靶面磁场强度下,利用交替变化溅射气压(0.2 Pa,2.0 Pa)的方式,实现了不同应力、硬度的TiN薄膜交替沉积,制备了 TiN多层薄膜,研究了薄膜韧性。研究结果表明,随着溅射气压增大(0.2 Pa增至2.0 Pa),到达基片的离子能量减小,制备的TiN薄膜残余应力显著降低(当靶面磁场为40 mT时,应力从8.5 GPa降为0.8 GPa),膜基结合力显著增大。降低靶面磁场强度(115 mT降为40 mT),可以有效地减弱靶磁场对靶材离子的束缚和反吸收程度,使基片前靶材离子/原子比值可以提高三倍,沉积速率最大可以提高5.5倍,TiN薄膜(111)择优取向程度、硬度和膜基结合力均得到显著提高。低靶面磁场强度和高溅射气压(40 mT和2.0 Pa)下HPPMS制备的TiN薄膜具有低残余应力、高沉积速率、高的硬度和膜基结合力。与单层TiN薄膜相比,利用交替变化溅射气压来制备TiN多层膜的设计方式可以显著地提高薄膜的韧性。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ134.11;TB383.2

【参考文献】

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本文编号：1308376