微弧區(qū)間伏安特性對純Ti鍍層組織結(jié)構(gòu)及結(jié)合強(qiáng)度的影響.pdf

1、針對濺射脫靶的低離化率和電弧脫靶的微熔滴夾雜這一長期制約離子鍍技術(shù)發(fā)展的難點(diǎn)問題，依據(jù)當(dāng)流經(jīng)靶材的電流密度處于磁控濺射離子鍍和電弧離子鍍之間時(shí)，真空腔內(nèi)的氣體放電將會進(jìn)入輝弧過渡區(qū)(微弧放電區(qū))這一等離子體物理知識。論文通過對靶面磁場分布狀態(tài)和陰陽極間電場參量的調(diào)控，以獲得真空腔內(nèi)高密度的氬離子并約束其集中轟擊靶面狹窄的環(huán)形區(qū)域，進(jìn)而使靶面被轟擊區(qū)域迅速升溫以達(dá)到熱電子發(fā)射狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)氣體放電由輝光放電區(qū)向微弧放電區(qū)的有效過渡。在此基礎(chǔ)上

2、，研究了純鈦鍍層厚度、微觀結(jié)構(gòu)及膜基結(jié)合強(qiáng)度隨靶基距和伏安特性的變化規(guī)律。
　　研究結(jié)果表明：在直流和脈沖兩種電場環(huán)境下，氣體放電伏安特性中電壓均隨靶電流密度的增大出現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象。電壓下降時(shí)的靶電流密度分別為0.175 A·cm-2和0.2 A·cm-2。當(dāng)放電處于電壓與電流成正比關(guān)系的正歐姆區(qū)時(shí)，沉積薄膜的微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為晶粒尺寸小于10 nm的納米晶和非晶的混合結(jié)構(gòu)。薄膜生長的柱狀晶之間存在少量空洞，薄膜致密性較差。而薄

3、膜在近靶處和遠(yuǎn)靶處具有較大的厚度差異，且薄膜的膜基結(jié)合強(qiáng)度較小，在較低的臨界載荷下便會出現(xiàn)薄膜斷裂和分層。在放電處于電壓與電流成反比關(guān)系的反歐姆區(qū)時(shí)，薄膜的微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為晶粒尺寸小于20 nm的納米晶。薄膜表現(xiàn)為無孔、密實(shí)的柱狀晶結(jié)構(gòu)。在近靶處和遠(yuǎn)靶處的薄膜具有較小的厚度差，且薄膜具有較大的臨界載荷，并未出現(xiàn)斷裂和脫落。以上結(jié)果表明，在放電反歐姆區(qū)，沉積的薄膜具有致密、良好的微觀結(jié)構(gòu)，相對均勻的厚度和優(yōu)異的膜基結(jié)合力。說明當(dāng)靶電流密度達(dá)

4、到一定值時(shí)，Ar+轟擊和電流熱效應(yīng)將會誘發(fā)靶材的熱發(fā)射機(jī)制使放電進(jìn)入反歐姆區(qū)間，實(shí)現(xiàn)了鍍料粒子的高離化、高能量和高密度，能夠制備出結(jié)構(gòu)良好、性能優(yōu)異的薄膜。
　　直流與脈沖兩種電場環(huán)境均可實(shí)現(xiàn)氣體放電伏安特性曲線由正歐姆區(qū)向反歐姆區(qū)間的過渡，但由于為了維持反歐姆區(qū)的放電條件，靶材持續(xù)的大電流密度放電易引起靶材表面的熱量積累，當(dāng)熱量得不到有效釋放時(shí)便會造成靶材表面的熔融及微米尺度大顆粒的噴射。因此選取具有“通-斷-通”特性的脈沖電場