高功率脉冲非平衡磁控溅射法制备CrN_x膜和Cu膜及其沉积特性的研究

论文摘要

高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)技术由于具有溅射粒子离化率高,等离子体密度高,功率密度可到达几个kW/cm2,离子电流可到达几个A/cm2,并具有溅射粒子能量大等特点,可以沉积致密、高性能薄膜,对薄膜的制备和改性具有良好的作用,而且作为一种新技术在国外已经得到广泛研究,但在国内尚未见报道,因此对高功率脉冲(HPPMS)技术的研究具有非常重要的意义。本论文采用高功率脉冲非平衡磁控溅射(HPPUMS)技术,制备了一系列的CrNx薄膜和Cu薄膜,并对HPPUMS技术的工作参数与沉积特性之间进行了研究。本文第三章采用高功率脉冲非平衡磁控溅射技术(HPPUMS)能够制备一系列的CrNx薄膜,并与在相同条件下采用中频磁控溅射(MFMS)技术制备的CrNx薄膜进行了对比研究。结果发现：在相同膜厚的条件下,与中频磁控溅射(MFMS)技术相比,HPPUMS技术能够制备出综合性能较好的CrNx薄膜：具有较高的硬度、较高结合强度和低摩擦系数；沉积生成物是由CrN和Cr2N组成的两相膜。并采用Cr靶对HPPUMS放电的脉冲电压和脉冲电流进行了诊断,结果表明：工作气压,反应气体N2分别对HPPUMS放电的脉冲电压、脉冲电流和脉冲频率都有影响。本文第四章采用高功率脉冲非平衡磁控溅射(HPPUMS)技术沉积制备Cu薄膜。研究发现：工作气压、基片负偏压、线圈励磁电流等沉积参数对Cu薄膜的沉积速率有明显的影响。针对高功率脉冲磁控溅射技术沉积薄膜速度低的缺点,可以采用外加励磁线圈的方法加以改善,改善度可到达55.29%。高功率脉冲非平衡磁控溅射对Cu靶的离化率高达28.37%以上,而且等离子体密度可以达到1019/m3数量级。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）技术
• 1.1.1 传统的磁控溅射技术
• 1.1.2 实现高金属离化率的几种方法
• 1.1.3 高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）技术
• 1.1.4 高功率脉冲非平衡磁控溅射（HPPUMS）技术
• 1.2 CrNx薄膜
• 1.2.1 CrNx薄膜的性质及应用
• 1.2.2 CrNx薄膜的制备方法和结构
• 1.2.3 CrNx薄膜的研究进展
• 2 薄膜的制备装置和检测方法
• 2.1 薄膜的制备装置
• 2.2 薄膜的表征方法
• 2.2.1 台阶仪
• 2.2.2 X射线衍射（XRD）
• 2.2.3 原子力显微镜（AFM）
• 2.2.4 膜/基结合力的测试
• x薄膜及其性能研究'>3 高功率脉冲非平衡磁控溅射技术制备CrN_x薄膜及其性能研究
• 3.1 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• x薄膜表面形貌'>3.2.1 CrN_x薄膜表面形貌
• x薄膜组织结构分析'>3.2.2 CrN_x薄膜组织结构分析
• x薄膜硬度'>3.2.3 CrN_x薄膜硬度
• x薄膜摩擦系数和结合强度'>3.2.4 CrN_x薄膜摩擦系数和结合强度
• d和脉冲电流I_d诊断'>3.3 HPPUMS放电的脉冲电压V_d和脉冲电流I_d诊断
• 3.4 本章小结
• 4 高功率脉冲非平衡磁控溅射技术制备Cu膜及其沉积特性研究
• 4.1 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 工作气压对沉积速率的影响
• 4.2.2 基片负偏压对沉积速率的影响
• 4.2.3 Cu薄膜的微观结构
• 4.2.4 Cu薄膜的形貌测试
• 4.3 不同气压条件下HPPUMS放电频率随线圈电流的变化关系
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢