陈畅子 马东林 李延涛 冷永祥†

1)(西南交通大学材料科学与工程学院,材料先进技术教育部重点实验室,成都 610031)

2)(荆楚理工学院机械工程学院,荆门 448000)

等离子密度及金属离化率是影响高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜质量的关键因素,高功率脉冲磁控溅射参数(如电压、脉宽、沉积气压及峰值电流等)影响着等离子密度和金属离化率.本文利用MATLAB/SIMULINK建立等效电路模型,对高功率脉冲磁控溅射钛(Ti)靶材的放电电流曲线进行模拟,利用鞘层电阻计算Ti 靶材鞘层处的等离子密度,并采用半圆柱体-整体模型理论计算Ti的离化率.研究发现:采用由电容、电感和电阻组成的等效电路模型,可以模拟Ti 靶材的放电电流;在不同高功率脉冲溅射电压、脉冲宽度和不同沉积气压下,真空室等离子密度在2 × 1017—9 × 1017 m–3 范围内,随着溅射电压、脉冲宽度及沉积气压的增加,鞘层处的平均等离子密度增大;在不同沉积气压下,Ti的离化率值在31%—38%之间,随着气压增加,Ti的离化率增加.

1 引 言

高功率脉冲磁控溅射技术(high power pulsed magnetron sputtering,HPPMS)因具备高的等离子密度和靶材原子离化率,正逐渐成为材料表面改性研究的热点[1−3].通过改变高功率脉冲电压、脉冲宽度、溅射沉积气压等工艺参数,可以调控溅射靶材的等离子体密度及金属离化率,获得高致密度、等轴晶的薄膜[4,5].

利用朗缪尔探针可以测试等离子密度[6],溅射金属离化率则主要通过等离子发射光谱法、质谱仪检测法等方法[6−8]进行测试.但是,这些诊断方法存在一……