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第45 卷 第9 期 稀有金属材料与工程 Vol.45, No.9
2016 年 9 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING September 2016
正反欧姆区间伏安特性对TiN 薄膜
微观结构及性能的影响
郝 娟,蒋百灵,杨 超,冯 林,张彤晖
(西安理工大学,陕西 西安 710048)
摘 要:采用脉冲控制模式将气体放电伏安特性由磁控溅射离子镀的“正欧姆”区间引入到“反欧姆”区间,并在不同靶电
流密度下制备了TiN 薄膜。研究了正反欧姆区间伏安特性对薄膜微观结构及性能的影响。结果表明:在靶电流密度(Itd )大
于0.2 A·cm-2 的反欧姆区间,薄膜具有良好的表面质量和致密程度;且薄膜的硬度和膜/基结合强度分别由正欧姆区间Itd 为0.11
A·cm-2 的9.9 GPa、4.5 N 提升到反欧姆区间Itd 为0.38 A·cm-2 的25.8 GPa 、18 N。
关键词:反欧姆区;靶电流密度;TiN 薄膜;离化率
中图法分类号:TB43 文献标识码:A 文章编号:1002-185X(2016)09-2439-05
TiN 薄膜以其高硬度、优异的耐磨及耐腐蚀性、较 的碰撞几率实现靶材原子离化率成倍的提高。
高的化学稳定性和良好的力学性能等优点在当今工业领 但采用直流大功率持续放电必然会在靶材微区熔融
[1] [8-10]
域中得到了广泛应用 。目前,多弧离子镀和磁控溅射 产生大颗粒喷射,影响成膜质量 。因此本实验选取
离子镀为制备TiN 薄膜的主流技术。多弧离子镀较高的 脉冲电源控制模式,将靶材与真空腔壁之间的伏安特性
沉积温度不仅造成基体二次回火影响基体性能,且表面 由正欧姆过渡到反欧姆区间,在靶面能量积累达到使靶
[2]
易产生微米级大颗粒影响成膜质量 。而磁控溅射离子 材融化的临界时间之前将放电停止,避免脉宽过长而产
镀因沉积温度低、易实现多组分共溅射及可制备出表面 生微区熔池,实现脱靶粒子由纯粹的级联碰撞过渡为级
光滑的高质量薄膜等优点,引起了薄膜制备领域的广泛 联碰撞加场致发射效应的混合脱靶机制。并在不同靶电
[3-5]
关注 。但其气体放电伏安特性处于小电流密度的正欧 流密度下制备TiN 薄膜,研究正反欧姆区间伏安特性对
姆区,脱靶的低能中性原子在经过等离子区时仅有少量 TiN 薄膜微观形貌及性能的影响。
[6]
被电离,造成靶材原子的离化率极低(不足 10%) ,
1 实 验
难以获得结构致密且结合力较好的膜层,严重制约了该
技术在精密机械制备基础件和电子器件行业的应用。因 实验利用真空腔容积为Φ(450 mm)×H(400 mm) 的
此,提高脱靶粒子的离化率,以期改善镀层致密性和提 MSIP-019 型闭合
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