高离化率电-磁场协同增强HiPIMS高速沉积特性

为了使高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在保持高离化率的条件下实现HiPIMS高速沉积过程,采用电场与磁场双外场协同作用改善HiPIMS放电与沉积特性.研究了电-磁场协同增强HiPIMS((E-MF)HiPIMS)和常规HiPIMS制备钒膜时的基体离子电流密度、发射光谱、钒膜表面形貌及表面粗糙度、截面形貌及沉积速率等,并探讨了(E-MF)HiPIMS模式的放电机理.研究表明:与HiPIMS相比,钒靶(E-MF)HiPIMS放电时的平板工件基体离子电流密度峰值增加了6倍,铜靶(E-MF)HiPIMS放电时的筒状工件基体离子电流密度峰值增加了13倍.(E-MF)HiPIMS放电时的Ar 0谱线、Ar+谱线、V 0谱线和V+谱线强度均显著增强,氩和钒的粒子离化率增加.(E-MF)HiPIMS制备的钒膜由V(111)和V(211)组成.(E-MF)HiPIMS制备的钒膜表面更加光滑平整且表面粗糙度由15.0 nm减小为9.6 nm;钒膜生长结构更加致密且沉积速率增加了约30%,而筒状工件转动条件下(E-MF)HiPIMS制备的铜膜的沉积速率增加了约50%.(E-MF)HiPIMS是一种高离化率高沉积速率的新型放电模式,该方法可有效规避常规HiPIMS较低沉积速率的技术缺陷.

靶面放电特性对沉积粒子离化率及沉积行为的影响

依据气体放电等离子体物理学知识,通过增加靶材的电流密度将靶面气体放电引入至辉光与弧光放电之间的辉弧放电过渡区.借助Ar+轰击靶面的碰撞动能和电子传输所产生的Joule热能,共同诱发靶面电子与原子克服表面逸出功的自发射.由此获得高密度、高离化和高能量的沉积粒子.实验分别在辉光放电区和辉弧过渡区各制备2组纯Ti薄膜.利用激光共聚焦显微镜(CLSM)对不同靶基距处的薄膜厚度进行测量,通过XRD,SEM,AFM和TEM对薄膜的微观结构进行观察,并使用涂层附着力划痕仪对薄膜的膜基结合力进行测试.实验结果表明:在辉弧放电过渡区内所沉积的纯Ti薄膜具有纳米尺度的晶粒、致密的组织、均匀的薄膜厚度、较快的沉积速率和优异的膜基结合强度.

液相色谱-电喷雾离化离子迁移率谱联用系统及其应用

搭建了电喷雾离化离子迁移率谱(ESI-IMS)与高效液相色谱(HPLC)的联用系统并对降糖类保健品添加物进行检测。制备了可调针阀型分流器调节和控制ESI-IMS进样流速;选用金属毛细管电喷针,增大产生稳定电喷雾的流速范围;使用水冷装置,改善电喷雾稳定性和去溶剂化效果;采用90%甲醇溶液作为流动相对5种降糖药标准品混合溶液进行检测,缩短HPLC保留时间,检测限达到50μg/L。应用联用系统对中成药消渴丸和5种降糖类保健品进行分析,检测时间小于8 min;在2种保健品中发现了添加的苯乙双胍和二甲双胍药物成分,实现了降糖类保健品中非法添加物的快速测定。

《材料保护》“高功率脉冲磁控溅射技术与应用”专栏征稿启事

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)作为一种新型PVD技术,因其离化率高,且易于实现致密、光滑、大面积均匀的高质量薄膜制备,备受国内外研究学者的广泛关注。为进一步推动高功率脉冲磁控溅射技术领域的发展,借助“2023高功率脉冲磁控溅射技术与应用专题会议”召开的契机,西南大学孙德恩教授和《材料保护》编辑部于近期共同策划出版“高功率脉冲磁控溅射技术与应用”专栏,旨在征集该技术领域的最新研究论文和综述。

《材料保护》“高功率脉冲磁控溅射技术与应用”专栏征稿启事

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)作为一种新型PVD技术,因其离化率高,且易于实现致密、光滑、大面积均匀的高质量薄膜制备,备受国内外研究学者的广泛关注。为进一步推动高功率脉冲磁控溅射技术领域的发展,借助“2023高功率脉冲磁控溅射技术与应用专题会议”召开的契机,西南大学孙德恩教授和《材料保护》编辑部于近期共同策划出版“高功率脉冲磁控溅射技术与应用”专栏,旨在征集该技术领域的最新研究论文和综述。

高功率脉冲磁控溅射技术的发展与研究

高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS)作为一种溅射粒子离化率高、可以沉积致密、高性能薄膜的新技术已经在国外广泛研究,但在国内尚未见研究报道。本文介绍了近十年来HPPMS技术在电源、脉冲形式、放电行为和薄膜沉积等方面的研究进展。在HPPMS过程中,粒子随脉冲开关通过电子冲击和电荷交换电离,并按照双极扩散理论向基体附近传输,离子能量分布随工作气压的不同而呈现不同的分布特征。这些放电特征有利于获得更宽的工艺范围和优异的膜层性能,最后介绍了我们实验室在HPPMS方面的研究工作。

高功率脉冲磁控溅射技术沉积硬质涂层研究进展

高功率脉冲磁控溅射技术是最新发展起来并受到广泛关注的一种高离化率物理气相沉积技术，它利用较高的脉冲峰值功率（超出传统磁控溅射2～3个数量级）和较低的脉冲占空比（0．5％～10％）来实现高金属离化率（〉50％），在获得优异的膜基结合力、控制涂层微结构、降低涂层内应力、控制涂层相结构等方面都具有显著的技术优势．本文从高功率脉冲磁控溅射技术的原理出发，探讨了高功率脉冲溅射技术沉积涂层的特性和技术优势，介绍了10多年来高功率脉冲磁控溅射技术在刀具涂层界面优化、高性能硬质涂层沉积、复合高功率脉冲磁控溅射技术制备纳米多层/复合硬质涂层和氧化物涂层沉积、低温沉积等方面的研究进展．

辅助阳极对高功率脉冲磁控溅射放电特性的影响

针对高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)存在的低溅射率靶材放电时离化率有待进一步提高的问题,通过增加辅助阳极的方法来提高HIPIMS的离化率。研究了辅助阳极电压、阳极位置以及磁控阳极的类型对HIPIMS放电特性的影响。结果表明:随着阳极电压的增加,基体离子电流值逐渐增大,并且当阳极电压为90 V时,基体离子电流值最高可增加到4倍。随着阳极位置由45°位置处变化为180°位置处时,由于电场在与磁场垂直方向上的分量逐渐减少,导致了基体离子电流值呈现出逐渐下降的趋势。此外,当阳极附加扩散型非平衡磁场后,获得的基体离子电流值最大。辅助阳极处于不同位置时,随着阳极电压的增加,HIPIMS放电系统中Ar^0、Ar^(1+)、V^0和V^(1+)粒子谱线强度均有不同程度的增加。当阳极处于45°位置时,各种粒子谱线强度增加最为显著。增加辅助阳极后HIPIMS放电时真空室内各个位置处的基体离子电流值均有所增加,并且当阳极处于45°位置时的增加幅度最为明显,系统等离子体密度增幅最高可增加到3倍。

闭合磁场非平衡磁控溅射离子镀离化特性研究

应用闭合磁场非平衡磁控溅射离子镀系统,研究了溅射靶电流、偏压和Ar流量对偏流密度的影响。结果表明,偏流密度随着偏压和靶电流的升高而增大,但随偏压的提高偏流密度的增加趋势趋于平缓;偏流密度随着Ar流量的增大而出现峰值。

高功率脉冲磁控溅射钛靶材的放电模型及等离子特性

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2×10^(17)-9×10^(17)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.

高功率脉冲磁控溅射技术的研究及应用

高功率脉冲磁控溅射技术(HIPIMS)是最新发展起来并受到广泛关注的一种高离化率物理气相沉积技术。本文首先从高功率脉冲磁控溅射技术原理与特点出发,然后简单介绍了高功率脉冲磁控溅射技术发展过程及目前研究现状,最后重点分析了高功率脉冲磁控溅射技术目前存在的问题及未来发展趋势。

高功率脉冲磁控溅射技术的离子(粒子)特性及其对薄膜组织结构的影响

作为电离物理气相沉积法(I-PVD)家族的新成员,高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS/HiPIMS)由于其较高的电子密度及金属离化率,自发现以来即受到了国内外专家的广泛关注。从高功率脉冲磁控溅射过程中金属离化率的角度出发,对高功率脉冲磁控溅射技术的离化机制、离化率定义进行了概述。在此基础上,重点综述了近些年来常用的离化率测量方法,包括等离子体发射光谱法、原子吸收光谱法、质谱仪法、多栅式石英微天平法、正电压沉积法等,并比较了各方法之间的优劣。进一步归纳了影响离化率的关键因素,如靶材功率、脉宽、频率、占空比、峰值电流等电学参数以及靶材种类、气体压力、磁场等非电参数。最后,针对离化率对薄膜性能的影响等方面的研究进展进行了综述,分别讨论了离化率对薄膜组织结构、斜入射沉积及均一性的影响,并概述了离化率对薄膜性能的不利影响。该文旨在为更好地调控并优化溅射过程中的离子特性提供借鉴,为制备性能优异的薄膜提供理论基础。

超晶格雪崩光电二极管的结构优化及性能研究

基于碰撞离化理论研究了异质材料超晶格结构对载流子离化率的作用,设计得到In_（0.53）Ga_（0.47）As/In_（0.52）Al_（0.48）As超晶格结构的雪崩光电二极管。通过分析不同结构参数对器件性能的影响,得到了低隧道电流、高倍增因子的超晶格结构雪崩层,根据电场分布方程模拟了器件二维电场分布对电荷层厚度及掺杂的依赖关系,并优化了吸收层的结构参数。对优化得到的器件结构进行仿真并实际制作了探测器件,进行光电特性测试,与同结构普通雪崩光电二极管相比,超晶格雪崩光电二极管具有更强的光电流响应,在12.5～20 V的雪崩倍增区,超晶格雪崩光电二极管在具备高倍增因子的同时具有较低的暗电流,提高了器件的信噪比。

氮化钛仿金涂层工艺

黄金能保持光泽如初,经久不变的宝贵特性;自古以来做为货币使用,并成为财富和永恒的象征.因而,在人们心中唤起深刻的美感,雍雅华贵,灿烂眩目的金色,成为传统的普遍受人偏爱的色彩.为了装饰的目的,人们希望在各种基材的物品上获得金色的表面,仿金技术便成为表面处理工作者们不懈研讨的课题. 在众多的仿金工艺中,近年发展起来的离子沉积氮化钛(TiN)工艺具有突出的优点.TiN涂层的膜结构稳定,不会变色;它特别耐磨,因此,足以保持被装饰件的金色外观于始终;另外它所消耗的原材料廉价;加工过程中无污染公害.这些优点自然引起各方面的浓厚兴趣.国内在近十几年内迅速开展了对离子沉积氮化钛的研究和推广应用.首先在国内普及的是空心阴极离子镀法(HCD法). 我厂目前使用的。

空心阴极电子束对多弧离子镀TiAlN薄膜组织形貌及摩擦学性能的影响

采用空心阴极电子束辅助多弧离子镀的方式在WC基体上制备了TiAlN薄膜,讨论了电子束能量的大小对膜层组织形貌及摩擦学性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、表面轮廓测试仪及材料表面微纳米力学测试系统对薄膜的相组成、微观结构、三维形貌及摩擦学性能进行了检测和分析。结果表明:在未施加空心阴极电子束作用时薄膜具有明显的(112)择优取向,随着空心阴极电流的提高,薄膜逐渐朝着多晶面生长,择优取向减弱。电子束对膜层的形貌及摩擦学性能有显著影响,随着电子束能量的提高,膜层逐渐变得致密、平整,表面粗糙度和摩擦系数均降低,抗磨损性能提高。

用InGaN/AlGaN超晶格降低p-GaN欧姆接触电阻

提出用p-InGaN/AlGaN超晶格作为p-GaN的接触层来获得低阻欧姆接触。通过一维薛定谔方程和泊松方程的自洽求解,得到了在极化效应影响下的InGaN/AlGaN,InGaN/GaN和GaN/AlGaN三种超晶格中Mg杂质离化率的空间分布。计算发现InGaN/AlGaN超晶格具有最高的Mg杂质离化率及最佳的空穴局域作用。最后,利用p-InGaN/AlGaN超晶格实验上实现了比接触电阻率为7.27×10-5Ω.cm2的良好欧姆接触。

双层辉光离子渗金属物理基础的研究

从理论上研究了辉光放电时的离化率、正离子浓度、工件的加热问题。

HiPIMS的放电特性及其对薄膜结构和性能的调控

磁控溅射过程中的等离子体密度和离化率这些等离子体微观放电特性强烈影响着沉积薄膜的微观结构和性能,高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)凭借其较高的溅射粒子离化率的优势引起了广泛的研究和关注。为了探究HiPIMS的高离化率的产生原因和过程,掌握高功率脉冲磁控溅射技术对薄膜微观结构和性能的调控规律,从一般的磁控溅射技术原理出发,分析HiPIMS高离化率的由来及其与DC磁控溅射相比的技术优势,着重总结HiPIMS的宏观放电特点和微观等离子体特性;总结梳理近几年HiPIMS在硬质膜和透明导电薄膜领域的应用研究,明晰HiPIMS对薄膜微观晶体结构的影响及其对薄膜的力学、光电性能等的调控规律及其优势。HiPIMS独特的等离子体-靶相互作用,可以有效改善薄膜结晶特性,实现对光电性能的可控调控。

第二十讲 真空离子镀膜

（接2018年第4期第80页）（1）等离子体鞘：基片（工件）放进等离子体云中,不与等离子体直接接触。基片与等离子体之间隔了一层电中性被破坏了的薄层,是一个负电位区,称等离子体鞘,或称鞘层。在等离子体与容器壁之间,放置在等离子体中的任何绝缘体表面,或插入等离子体中的电极近旁都会形成鞘层。轰击基片的离子的能量部分或大部分是在离子鞘内获得。

SOI NLIGBT热载流子效应研究

SOI NLIGBT中热载流子效应分别通过直流电压的应力测试、TCAD仿真和电荷泵测试三种方法进行了研究。其中,不同直流电压应力条件下测得的衬底电流Isub和导通电阻Ron用来评估因热载流子效应引起的器件退化程度。为了进行理论分析,对器件内部的电场强度和碰撞离化率也进行了仿真。测试得到的电荷泵电流直接验证了器件表面的损伤程度。最后讨论了SOI LIGBT在不同栅压条件下的退化机制。