多弧离子镀大颗粒的去除及脉冲偏压对膜层特性的影响研究

发布时间：2017-12-25 10:07

  本文关键词：多弧离子镀大颗粒的去除及脉冲偏压对膜层特性的影响研究　出处：《合肥工业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：多弧离子镀是利用阴极电弧放电蒸发源的一种离子镀技术,具有离化率高、离子能量高、沉积速率快、膜层性能好等优点。但是由于阴极弧源电弧拥有极高的电流密度(可达105~108 A/cm2)与功率密度(可达109 W/cm2),会造成阴极靶材表面产生中性团簇发射,即“大颗粒”发射,其尺寸从0.1至几百微米不等,多数颗粒尺寸超过了膜层厚度。这些大颗粒的存在,使得膜层表面光洁度下降,影响膜层性能,严重制约制备高性能薄膜的能力。为了去除大颗粒,本文研究分析了大颗粒的产生、运输以及沉积过程,通过优化阴极弧源参数,同时使用磁过滤器、孔状挡板,并结合脉冲偏压方法来去除大颗粒,并研究了脉冲偏压对膜层性能的影响。研究结果表明:(1)减小弧电流能够降低靶面功率密度,从而降低大颗粒的发射数量,弧电流从80 A降低到60 A,颗粒数降低了一半;(2)与过滤器弯管同轴心的孔状机械挡板会降低沉积速率,但是可以大幅提高过滤大颗粒的能力;(3)弯管偏压能够有效提高弯管磁过滤器离子通过效率,施加+15 V弯管偏压比不施加偏压,离子传输效率提高了70%;(4)脉冲偏压会影响磁过滤阴极电弧方法制备非晶碳膜(ta-C)的沉积速率,但影响幅度低于10%,随着偏压值增大,沉积速率呈先增加后减小趋势,在1200 V附近沉积速率最高。高的偏压值会抑制膜层中sp3键的形成,减少sp3键含量,降低膜层硬度值,但是脉冲偏压有利于提高膜层黏附力。(5)脉冲偏压会使等离子体鞘层产生涨落,阻止运动速度较低的大颗粒到达基片表面,同时偏压的溅射效应可以抑制膜层表面大颗粒的生长,有利于改善膜层表面形貌。(6)90°弯管磁过滤器能有效阻断大颗粒的运输过程,可以去除绝大多数颗粒,结合脉冲偏压方法制备的四面体非晶碳膜(ta-C)达到了较高的表面颗粒标准,颗粒密度可降低到0.55个/100μm以下,颗粒平均直径能达到0.29μm以下,可以达到一般磁控溅射的表面光洁度。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB306

【参考文献】

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本文编号：1332377