氣體放電伏安特性對TiN薄膜結構及性能的影響.pdf

1、依據真空離子鍍環(huán)境下靶電流之本質是真空腔內電子由陰極(靶材)向陽極遷移的通量，及在dV/dI>0向dV/dI<0轉變過程中，由陰極靶材至陽極腔壁的電子遷移通量單調增大，而陰陽極間電位差則表現出先增后減的非穩(wěn)態(tài)規(guī)律，提出了采用高頻脈沖電源控制模式將氣體放電伏安特性維持于輝光放電向弧光放電過渡的非穩(wěn)定臨界微弧狀態(tài)，實現鍍料粒子脫靶機制由“級聯碰撞”向“碰撞+熱發(fā)射”轉變，并分別在正反歐姆區(qū)間不同靶電流密度及不同放電區(qū)域條件下沉積TiN薄膜，

2、采用SEM、XRD、納米壓痕儀、自動劃痕儀、摩擦磨損實驗機、電化學工作站等檢測方法，研究氣體放電不同伏安特性對薄膜微觀結構及性能的影響規(guī)律。
　　實驗發(fā)現：隨著靶電流密度的增大，無論是正歐姆區(qū)間的電壓與電流同向增大，還是反歐姆區(qū)間的電壓隨電流的增大而減小，薄膜沉積速率均為單調增大，對應最大靶電流密度的沉積速率為192.73nm/min。對不同伏安特性下薄膜的硬度、膜基結合力、磨損率及耐蝕性進行了測定，結果表明：即使是相同的沉積層厚

3、度，薄膜硬度及膜基結合力也表現出與沉積速率相同的變化規(guī)律，即隨靶電流密度的增大單調增大，對應最大電流密度的硬度和膜基結合力分別為25.9 GPa、23.5 N；薄膜的磨損率明顯降低、耐蝕性顯著提高。組織觀察發(fā)現：當伏安特性由dV/dI>0轉變?yōu)閐V/dI<0時，薄膜剖面組織由以垂直于界面沉積生長為主逐漸轉變?yōu)槎喾较蛏L方式，生長柱桿間的致密度隨靶電流密度的增大而得到改善。
　　對比研究了處于不同放電區(qū)域的直流濺射離子鍍、多弧離子鍍

4、及微弧離子鍍所沉積薄膜的組織異同點發(fā)現：與直流濺射離子鍍所沉積薄膜表面多由棱角分明、界面清晰的錐形顆粒結構組成、錐狀組織之間夾雜著許多空洞及剖面柱桿粗大相比，微弧離子鍍所沉積薄膜表面具有“弧狀過渡”的界面特征，剖面柱桿明顯細化；與多弧離子鍍沉積薄膜表面存在明顯的凝固狀液滴特征和剖面具有沉積過程中液滴凝固架空空洞相比，微弧離子鍍沉積薄膜的表面形貌仍基本保持“沉積一結晶一生長”的原子堆積增厚機制。
　　本文研究結果表明：將氣體放電伏安