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脉冲偏压电弧离子镀大颗粒净化的理论与实验研究

作 者: 郭慧梅
导 师: 林国强
学 校: 大连理工大学
专 业: 等离子体物理
关键词: 脉冲偏压 电弧离子镀 大颗粒 等离子体鞘层 电场力 离子拖拽力 纳米多层膜
分类号: O539
类 型: 硕士论文
年 份: 2004年
下 载: 144次
引 用: 4次
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内容摘要


本文改进和完善了脉冲偏压电弧离子镀大颗粒净化的理论模型,系统研究了脉冲偏压作用下的等离子体鞘层的物理特性和大颗粒在鞘层中的充电、受力以及运动行为,从理论上给出脉冲偏压工艺对于大颗粒净化效应的合理解释;对在不同工艺下制备的TiN薄膜样品进行了实验观测和分析,得到薄膜的表面形貌和大颗粒的数量及尺寸分布情况,得到了与计算预见相吻合的实验结果,为大颗粒净化的物理模型提供了佐证。 在脉冲偏压电弧离子镀技术的开发中,该模型保证在不明显降低沉积效率的前提下,对得到洁净表面高质量薄膜的工艺优化,有重要指导作用。 具体完成了如下工作: (1)大颗粒净化模型的完善 对黄美东博士等建立的大颗粒净化模型进行了进一步的改进和完善,对大颗粒在鞘层中的充电和受力进行了定量的计算,考虑了离子拖拽力的影响。 (2)脉冲偏压鞘层的物理特性 采用Edelberg和Aydil的无碰撞鞘层模型,以实验中所得的基体偏压数据作为边界条件,计算得到在不同的脉冲偏压下鞘层中的电势分布、鞘层厚度、鞘层中的电子、离子平均速度和离子密度。 (3)大颗粒在鞘层中的充电、受力和运动 利用鞘层中大颗粒表面的充电平衡条件,计算得出大颗粒表面电势,进而得到大颗粒所带电量,并对大颗粒在鞘层中受到电场力、离子拖拽力和重力等进行计算。 计算表明,大颗粒在脉冲偏压鞘层中始终带负电,但是电量随着靠近基体而不断的减少;在大部分鞘层区域内,电场力大于离子拖拽力脉冲偏压电弧离子镀大颗粒挣化的理论与实验研究和重力之和,故而可能使大颗粒不落到基体上。这是大颗粒能够被净化的理论依据。(4)试验结果 采用JSM一5600LV型扫描电镜观察在不同工艺制度下制备的TIN薄膜样品表面形貌,然后将得到的SEM图片输入Qso0IW型图像分析仪,对大颗粒的尺寸分布及面密度进行统计分析。 结果表明脉冲偏压对大颗粒有明显的净化作用,即薄膜表面比直流偏压下大颗粒尺度和数量都少得多,其净化效果随不同的脉冲参数组合有很大的差别,而且主要反映在小尺度颗粒的净化效果。偏压幅值越高,占空比越大(在一定范围内),净化效果越好。(5)工艺实践 应用大颗粒净化的物理模型在正交实验基础上进行优化选择,得到净化效果达54%的优化工艺,该工艺满足合成Ti/TIN纳米多层超硬薄膜的要求。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-8
1 引言  8-19
  1.1 电弧离子镀  9-11
  1.2 电弧离子镀的研究进展  11-15
  1.3 尘埃等离子体的研究进展  15-16
  1.4 本文的研究思路和内容  16-19
2 脉冲偏压电弧离子镀的大颗粒净化的物理模型  19-22
3 脉冲偏压鞘层的物理特性  22-30
  3.1 实验介绍  22-23
  3.2 鞘层特性  23-29
  3.3 本章小结  29-30
4 电弧离子镀中大颗粒的充电、受力和运动  30-40
  4.1 大颗粒充电  30-33
  4.2 大颗粒的受力分析  33-37
  4.3 大颗粒在鞘层中的运动  37-39
  4.4 本章小结  39-40
5 实验检测与分析  40-54
  5.1 实验设计  41
  5.2 样品制备  41-42
  5.3 薄膜制备  42-43
  5.4 薄膜表面形貌观察与分析  43-53
  5.5 本章小结  53-54
6 应用净化模型优化工艺合成纳米多层薄膜  54-58
7 结论与展望  58-60
硕士期间发表论文  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-68

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 等离子体物理学 > 等离子体物理的应用
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