振荡脉冲电场靶电流对镀料脱靶机制及薄膜生长行为的影响
发布时间：2021-07-27 20:23
高功率脉冲磁控溅射因离化率高,可制备组织致密、结合力好的薄膜,在机械件表面功能涂层的制备方面颇具潜力,但较低的沉积速率使其产业化推广受限。针对高功率脉冲磁控溅射沉积速率低的技术不足,依据靶面晶界、缺陷等区域电子逸出功显著低于晶粒内部的事实,拟通过调控靶面电子逸出总量,使靶面电子在低逸出功处高密度脱出,加之焦耳热进一步增大热电子逸出活性形成焦耳热-电子热发射之间互增强效应,电子热发射过程中会伴随镀料粒子热发射脱靶,由此增加了阴阳极间镀料粒子和电子的数量,为同步提升镀料粒子离化率和沉积速率创造了条件。基于以上研究思想,展开了以下研究工作:本文以电子热发射的临界温度Te为界,选择三种不同熔点的金属靶材（TA1<Te、TCu≈Te、TTi>Te）作为研究对象,利用高频振荡脉冲电场在不同靶电流下制备多组纯金属薄膜,研究镀料粒子脱靶方式随靶电流变化时的携变规律,分析靶电流对薄膜微观结构、力学性能及耐蚀性的影响机理。利用激光共聚焦对靶面微观形貌进行表征,利用XRD、SEM对薄膜晶体结构和微观形貌进行分析,利用纳米压痕仪、洛氏压痕、四探针电阻及电化学工作站对薄膜力学及物理性能进行分析。研究...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气体放电的伏安特性曲线
源，加载于基体与腔体之间，是引发等离子体轰击基体的能量源。可通过偏压电场来调控等离子体轰击基体的数量及能量，以此实现薄膜沉积过程的控制。脉冲偏压电源具有灭弧功能，可有效避免基体或工件表面产生的打弧现象，减少电弧对基体或工件表面产生的损伤。控制系统可分别进行手动控制和自动控制，两种模式均可对系统和电源系统进行反馈与控制，同时提供冷却水循环系统、真空系统以及电源的实时监控与防护。冷却循环系统包含靶材背面冷却循环水和腔壁及分子泵冷却水路，主要是为靶材、腔体和高速运转的分子泵系统提供冷却。图2-1MAIP-001型磁控溅射离子镀系统Fig.2-1MHIP-001typemagnetronsputteringionplatingsystem2.2实验用材及预处理实验选用自身物理性能差异较大的三种金属靶材作为研究对象，分别为Al靶，Cu靶以及Ti靶，靶材尺寸为170mm8mm的圆形。基体材料选择高速钢片和P型（100），向的单晶Si片。为了进行不同检测，两种基体选取不同的尺寸，其中高速钢片尺寸为
∧さ挠捕群偷?阅Ａ勘匦虢?凶既凡馐浴Ｄ擅籽?痕试验（Nanoindentation）被广泛应用于厚度较薄的膜层或特殊样品表面微区的硬度及弹性模量测试。该试验采用具有精度极高的力学传感器记录压头在连续加载和卸载过程中载荷-位移变化，通过计算便可获得薄膜的显微硬度和弹性模量[48]。根据载荷-位移曲线不仅能够计算出材料的硬度和弹性模量，还可得到断裂韧性和蠕变性能等多项力学性能指标[49]。目前，纳米压痕测试方法主要分为两种：Oliver-Pharr法和连续刚度法。A-试样；B-压头；C-加载线圈；D-压头阻尼；E-电容位移传感器图2-2纳米压痕系统装置[51]Fig.2-2Theinstallationdiagramofthenano-indentationsystem[51]本次实验采用美国安捷伦公司（AligentTechnologies）生产的Nano-IndenterG200型纳米压痕仪测试薄膜的硬度和弹性模量，利用静态法和限定压入深度模式测试，选取的压入深度约为薄膜厚度的1/8，该装置如图2-2所示。测试条件：采用Berkovich三棱锥金刚石压头，载荷分辨率为50nN，位移分辨率小于0.01nm，Al、Cu、Ti的泊松比分别为0.34、0.33、0.33。硬度是衡量薄膜力学性能优劣的指标之一，对于纯金属薄膜而言，硬度的大小取决于薄膜的晶粒尺寸、致密性、残余内应力以及膜层厚度。本次实验采用纳米压痕检测不同电流强度下的硬度与弹性模量，实验选取5个不同的点进行测量后取平均值。2.5.5膜基结合强度测定薄膜与基体的结合强度是评价薄膜质量的一个重要指标，薄膜具有良好的结合强度是保证薄膜其他性能得以应用的先决条件。常见的评价膜基结合强度的方法有拉伸实验法、弯曲实验法、断裂力学实验法、压痕实验法、划痕实验法和压痕-划痕实验法等[50]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]银靶电流及溅射偏压对溅射沉积Cu/Ag薄膜导电性能的影响研究[J]. 张丽俊,田武,常勇强,任伟宁,张长军,鲍明东. 真空科学与技术学报. 2019(12)
[2]纳米压痕法测定NiTi形状记忆合金表面氧化膜纳米硬度和弹性模量[J]. 汪利斌,秦黎,闻寄勤,丁锡锋. 热加工工艺. 2019(06)
[3]Ti过渡层对NbSe2薄膜润滑-导电性能的影响[J]. 刘金玉,隋旭东,张帅拓,徐书生,郝俊英. 摩擦学学报. 2018(06)
[4]数字示波器的工作原理浅析[J]. 曹勇. 智能城市. 2016(07)
[5]腐蚀电化学原理(第三版)[J]. 曹楚南. 腐蚀科学与防护技术. 2008(03)
[6]纳米压痕技术及其试验研究[J]. 朱瑛,姚英学,周亮. 工具技术. 2004(08)
[7]薄膜中异常晶粒生长理论及能量各向异性分析[J]. 张建民,徐可为,张美荣. 物理学报. 2003(05)
[8]面心立方多晶薄膜中应变能密度对晶粒取向的依赖[J]. 张建民,徐可为. 物理学报. 2002(11)
博士论文
[1]微弧区间伏安特性对Ti及TiN镀层结构与性能的影响[D]. 杨超.西安理工大学 2017
硕士论文
[1]集成电路互连用超高纯铜及铜锰合金微观组织及织构研究[D]. 关冲.北京有色金属研究总院 2016
本文编号：3306479
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气体放电的伏安特性曲线
源，加载于基体与腔体之间，是引发等离子体轰击基体的能量源。可通过偏压电场来调控等离子体轰击基体的数量及能量，以此实现薄膜沉积过程的控制。脉冲偏压电源具有灭弧功能，可有效避免基体或工件表面产生的打弧现象，减少电弧对基体或工件表面产生的损伤。控制系统可分别进行手动控制和自动控制，两种模式均可对系统和电源系统进行反馈与控制，同时提供冷却水循环系统、真空系统以及电源的实时监控与防护。冷却循环系统包含靶材背面冷却循环水和腔壁及分子泵冷却水路，主要是为靶材、腔体和高速运转的分子泵系统提供冷却。图2-1MAIP-001型磁控溅射离子镀系统Fig.2-1MHIP-001typemagnetronsputteringionplatingsystem2.2实验用材及预处理实验选用自身物理性能差异较大的三种金属靶材作为研究对象，分别为Al靶，Cu靶以及Ti靶，靶材尺寸为170mm8mm的圆形。基体材料选择高速钢片和P型（100），向的单晶Si片。为了进行不同检测，两种基体选取不同的尺寸，其中高速钢片尺寸为
∧さ挠捕群偷?阅Ａ勘匦虢?凶既凡馐浴Ｄ擅籽?痕试验（Nanoindentation）被广泛应用于厚度较薄的膜层或特殊样品表面微区的硬度及弹性模量测试。该试验采用具有精度极高的力学传感器记录压头在连续加载和卸载过程中载荷-位移变化，通过计算便可获得薄膜的显微硬度和弹性模量[48]。根据载荷-位移曲线不仅能够计算出材料的硬度和弹性模量，还可得到断裂韧性和蠕变性能等多项力学性能指标[49]。目前，纳米压痕测试方法主要分为两种：Oliver-Pharr法和连续刚度法。A-试样；B-压头；C-加载线圈；D-压头阻尼；E-电容位移传感器图2-2纳米压痕系统装置[51]Fig.2-2Theinstallationdiagramofthenano-indentationsystem[51]本次实验采用美国安捷伦公司（AligentTechnologies）生产的Nano-IndenterG200型纳米压痕仪测试薄膜的硬度和弹性模量，利用静态法和限定压入深度模式测试，选取的压入深度约为薄膜厚度的1/8，该装置如图2-2所示。测试条件：采用Berkovich三棱锥金刚石压头，载荷分辨率为50nN，位移分辨率小于0.01nm，Al、Cu、Ti的泊松比分别为0.34、0.33、0.33。硬度是衡量薄膜力学性能优劣的指标之一，对于纯金属薄膜而言，硬度的大小取决于薄膜的晶粒尺寸、致密性、残余内应力以及膜层厚度。本次实验采用纳米压痕检测不同电流强度下的硬度与弹性模量，实验选取5个不同的点进行测量后取平均值。2.5.5膜基结合强度测定薄膜与基体的结合强度是评价薄膜质量的一个重要指标，薄膜具有良好的结合强度是保证薄膜其他性能得以应用的先决条件。常见的评价膜基结合强度的方法有拉伸实验法、弯曲实验法、断裂力学实验法、压痕实验法、划痕实验法和压痕-划痕实验法等[50]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]银靶电流及溅射偏压对溅射沉积Cu/Ag薄膜导电性能的影响研究[J]. 张丽俊,田武,常勇强,任伟宁,张长军,鲍明东. 真空科学与技术学报. 2019(12)
[2]纳米压痕法测定NiTi形状记忆合金表面氧化膜纳米硬度和弹性模量[J]. 汪利斌,秦黎,闻寄勤,丁锡锋. 热加工工艺. 2019(06)
[3]Ti过渡层对NbSe2薄膜润滑-导电性能的影响[J]. 刘金玉,隋旭东,张帅拓,徐书生,郝俊英. 摩擦学学报. 2018(06)
[4]数字示波器的工作原理浅析[J]. 曹勇. 智能城市. 2016(07)
[5]腐蚀电化学原理(第三版)[J]. 曹楚南. 腐蚀科学与防护技术. 2008(03)
[6]纳米压痕技术及其试验研究[J]. 朱瑛,姚英学,周亮. 工具技术. 2004(08)
[7]薄膜中异常晶粒生长理论及能量各向异性分析[J]. 张建民,徐可为,张美荣. 物理学报. 2003(05)
[8]面心立方多晶薄膜中应变能密度对晶粒取向的依赖[J]. 张建民,徐可为. 物理学报. 2002(11)
博士论文
[1]微弧区间伏安特性对Ti及TiN镀层结构与性能的影响[D]. 杨超.西安理工大学 2017
硕士论文
[1]集成电路互连用超高纯铜及铜锰合金微观组织及织构研究[D]. 关冲.北京有色金属研究总院 2016
本文编号：3306479
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3306479.html
