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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

牟晓东  
【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。


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