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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

作　者: 牟晓东
导　师: 牟宗信
学　校: 大连理工大学
专　业: 等离子体物理
关键词: 高功率脉冲磁控溅射 CrNx薄膜沉积特性 Cu薄膜
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)技术  8-13
    1.1.1 传统的磁控溅射技术  8
    1.1.2 实现高金属离化率的几种方法  8-9
    1.1.3 高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)技术  9-12
    1.1.4 高功率脉冲非平衡磁控溅射(HPPUMS)技术  12-13
  1.2 CrNx薄膜  13-16
    1.2.1 CrNx薄膜的性质及应用  13
    1.2.2 CrNx薄膜的制备方法和结构  13-14
    1.2.3 CrNx薄膜的研究进展  14-16
2 薄膜的制备装置和检测方法  16-23
  2.1 薄膜的制备装置  16-18
  2.2 薄膜的表征方法  18-23
    2.2.1 台阶仪  18-19
    2.2.2 X射线衍射(XRD)  19-20
    2.2.3 原子力显微镜(AFM)  20-22
    2.2.4 膜/基结合力的测试  22-23
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  23-31
  3.1 实验方法  23-24
  3.2 结果与讨论  24-28
    3.2.1 CrN_x薄膜表面形貌  24-26
    3.2.2 CrN_x薄膜组织结构分析  26
    3.2.3 CrN_x薄膜硬度  26-27
    3.2.4 CrN_x薄膜摩擦系数和结合强度  27-28
  3.3 HPPUMS放电的脉冲电压V_d和脉冲电流I_d诊断  28-30
  3.4 本章小结  30-31
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  31-40
  4.1 实验方法  31-32
  4.2 结果与讨论  32-37
    4.2.1 工作气压对沉积速率的影响  32-34
    4.2.2 基片负偏压对沉积速率的影响  34-35
    4.2.3 Cu薄膜的微观结构  35-36
    4.2.4 Cu薄膜的形貌测试  36-37
  4.3 不同气压条件下HPPUMS放电频率随线圈电流的变化关系  37-38
  4.4 本章小结  38-40
结论  40-41
参考文献  41-46
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  46-47
致谢  47-48

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

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