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高功率脉冲磁控溅射技术(HIPIMS)作为一门新兴的电离化物理气相沉积技术已成为国内外研究热点。相比传统直流磁控溅射,HIPIMS放电时具有更高的系统等离子体密度和溅射金属离化率,同时制备的膜层具有光滑致密的结构,更高的膜基结合力,更优异的膜层综合性能等。然而,该技术存在沉积速率低、电子利用效率差的缺点而严重制约了其发展。针对该技术存在的问题,本文提出了一种电-磁场复合增强高功率脉冲磁控放电的高效、高离化率、高沉积速率新方法,并围绕该新技术的放电等离子体特性、发射光谱特性以及沉积V膜的结构及性能进行了研究。采用附加电极技术增强了HIPIMS放电过程,实现了电场增强HIPIMS技术。电场增强HIPIMS放电等离子特性研究结果表明,随着电极电压的增加,电极附近电场强度和电场分布范围增大以及基体附近电势逐渐变正两方面的作用使得基体离子电流逐渐增大。随电极位置由45度位置变化为180度位置时,基体离子电流呈现出逐渐下降的趋势。当附加电极附加扩散型非平衡磁场后,获得的基体离子电流最大。随着工作气压的增加,不同靶电压下的基体离子电流均逐渐增加后形成了饱和值。随着靶基间距的增加基体离子电流平均值逐渐减小。利用同轴电磁场建立了非平衡系统磁场,并将该磁场引入到HIPIMS放电过程中成功构建了磁场增强HIPIMS技术。利用ANSYS软件对阴极靶前磁场分布进行了模拟并结合靶前磁场强度及靶前放电辉光形貌的结果表明,随着励磁电流的增加,系统磁场非平衡特征增强,较强的非平衡磁场可以有效地将阴极靶前等离子体推进到沉积区域。不同励磁电流时基体离子电流值随靶电压的增加而逐渐增加。通过附加电极调控真空室内电场/电势分布,同时利用同轴电磁线圈来优化阴极靶前磁场分布,最终实现了电-磁场复合增强高功率脉冲磁控溅射技术。通过对该技术放电等离子特性的研究发现,电-磁场复合增强HIPIMS放电时既将靶前等离子体区充分地聚焦扩展到基体处,又将系统的等离子体区域极大扩大,表现出了系统粒子离化率高且系统等离子体密度高的放电特征。电-磁场增强HIPIMS放电复合效应的产生,对于电极电压和励磁电流均存在临界应用条件,这是由于电场和磁场相互竞争极大延长了电子运动路程,增加了电子碰撞的电离几率所致。随电极位置由45度位置变化为180度位置时,基体离子电流值线性减小;随电极电压的增加,基体离子电流值均逐渐增加;随励磁电流的增加,基体离子电流值均线性增加。不同外场增强HIPIMS放电系统等离子体分布研究结果表明,电场增强HIPIMS放电时真空室内各个位置处的基体离子电流均增加,系统等离子体密度增幅最高可增加到3倍。磁场增强HIPIMS放电时随着励磁电流的增加,不同位置处收集的离子电流逐渐增加,系统离子流总量最高可增加到1.75倍。电-磁场复合增强HIPIMS放电时真空系统内各个位置采集的离子电流均有不同程度的增加,并且系统离子电流密度最高可增加到5倍多。等离子体发射光谱特性研究结果表明,在相同的平均功率时,电-磁场复合增强HIPIMS放电时系统中存在的Ar(0)、Ar(1+)、V(0)以及V(1+)四种粒子谱线强度最高,尤其是Ar(1+)和V(1+)峰谱线强度增加幅度较大,同时系统中出现的V(2+)峰谱线强度也比较高,表明Ar和V具有较高的离化率,系统具有较高的等离子体密度。采用电-磁场复合增强HIPIMS技术制备了V膜,并对其形貌、结构及性能进行了对比分析和研究。结果表明,相比HIPIMS,电-磁场复合增强HIPIMS制备的V膜的(111)晶面衍射峰强度较强;V膜表面SEM形貌呈现出“酒坑状”表面特征,表面粗糙度较小,表面光滑、平整;V膜膜层结构呈现出细小、致密的等轴细晶形貌特征,这是由于较高的等离子体束流(能流)密度产生的轰击密实效应所致。在相同平均功率时V膜的沉积速率提高了62%。V膜具有更低的摩擦系数,并且样品表面未出现明显的剥落迹象、磨痕轻微。与基体相比,电-磁场复合增强HIPIMS时V膜的Icorr下降了2个数量级,Ecor提高了0.785 V,表现出更优异的耐腐蚀性能。经200℃和300℃加热处理之后的镀V膜样品表现出了良好的耐摩擦和耐腐蚀性能,这是由于V膜发生了氧化和膜层表面状态的改变所致。