液态靶材磁控溅射技术研究进展

随着先进制造业的迅猛发展,对高性能涂层的需求日益增长。以经济高效的方式沉积高性能涂层成为了科学界研究的热点。液态靶材磁控溅射技术因兼备磁控溅射与蒸镀的优点,受到了研究者的广泛关注。从液态靶材磁控溅射技术的基本原理出发,深入分析了放电过程中的特点与等离子体特性,总结了其特点与优势以及在涂层沉积领域的具体应用,最后指出了该技术当前存在的不足之处,并对其未来的发展趋势进行了展望。

磁控溅射源中氩辉光放电的等离子体行为及分布特性

通过三维粒子数值模型对现有磁控溅射源结构中氩辉光放电的等离子体行为和分布特征进行了模拟,从而得到靶材利用率和能量利用率的信息。离子轨迹、离子能量和离子入射角分布的分析结果表明,由于电势的空间分布影响,放电电压从260 V增加到340 V,使得轰击离子比例从80%降低到67%。由于离子向靶材移动和远离靶材都会得到加速,过高的放电电压不利于提高能量利用率。另一方面,提高放电电压有利于离子以更高的平均动能撞击靶材,有利于提高溅射产额。因此,根据工作压力选择合适的放电电压是提高电源效率的有效途径。通过离子溅射位置分布与靶材实际侵蚀剖面图的对比,验证了仿真模型的可靠性,对磁控溅射源的优化设计具有一定的参考价值。

等离子喷涂制备靶材的研究进展

靶材是磁控溅射沉积薄膜的原材料,其生产朝着尺寸大型化、高纯度和高利用率等方向发展,目前靶材的主要制备方法从工艺和经济效益上难以满足其生产要求,等离子喷涂制备靶材是解决上述问题的有效方法之一。通过分析靶材对镀膜性能的影响,总结了靶材制备的技术要求,如纯度、致密度、晶粒尺寸及一致性等。介绍了制备靶材常用的熔融铸造法、粉末冶金法和等离子喷涂法的优点和缺点。熔融铸造法可制备高纯度金属靶材,但是靶材晶粒易粗大;粉末冶金法可制备难熔金属及陶瓷靶材,但是靶材的致密度较低,制作工艺繁琐。这2种方法都难以制作大尺寸靶材。针对等离子喷涂技术在制造靶材方面易于实现大尺寸及管状靶材的制备,并且具有生产工序简单、成本低和可实现废靶修复再利用等特点,重点综述了等离子喷涂制备金属靶材、陶瓷靶材、合金靶材和修复残靶等方面的研究现状。分析认为,喷涂参数、喷涂环境、原料状态、掺杂元素和喷涂后处理等因素是影响靶材性能的关键。通过合理选择喷涂工艺参数,能够实现粉末持续保持熔融状态和充足动量,涂层应力充分释放,以及形成良好的微观组织等方面的协同效果,进一步提升喷涂靶材的纯度和致密度等方面的性能。最后针对等离子喷涂制备靶材的特点,对未来的研究方向进行了展望。

一种崭新的镀膜技术——等离子体束溅射

详细描述一种等离子体高效溅射系统及应用工艺。此种崭新的溅射技术结合了蒸发镀的高效及溅射镀的高性能特点,特别在多元合金以及磁性薄膜的制备,具有其他手段无可比拟的优点。

新型等离子体束溅射镀膜机

本文介绍了新型的等离子体束溅射镀膜机的系统组成、特点、试验结果等内容。该镀膜机将等离子体发生和控制技术应用于溅射镀膜中,克服了磁控溅射的靶材利用率低及难以沉积铁磁性材料的缺点。使用该镀膜机成功地进行了溅射镀膜的试验,试验结果得到了刻蚀均匀性较高的靶材,其靶偏压与靶电流的关系与国外结果相吻合。

高压耦合高功率脉冲磁控溅射的增强放电效应

等离子体源离子注入与沉积技术作为一种可生产高结合力、高致密度涂层的真空镀膜技术,具有广阔的应用前景,尤其适用于高载荷工况下服役的功能涂层制备.该技术中金属等离子体源是关键,而现有的脉冲阴极弧源结构复杂,且由于伴随"金属液滴"而需要增加过滤装置.本文研究了另一种简单结构的金属等离子体源备选一高功率脉冲磁控溅射源(HPPMS)的放电特性,采用等离子体发射光谱仪探索了不同的耦合高压对HPPMS放电靶电流特性和等离子体特性的作用.发现耦合高压对HPPMS放电有明显的促进作用,相同靶电压下的放电强度大幅增加,相对于金属放电,耦合高压对气体放电的促进作用更加明显,但在自溅射为主的高压放电阶段对金属放电的促进作用明显增强.讨论了耦合高压对HPPMS放电的增强机制,发现耦合高压自辉光放电、耦合高压和HPPMS电压构成双向负压形成的空心阴极效应,以及耦合高压鞘层改善的双极扩散效应都对HPPMS放电的增强有明显作用.