高功率脉冲磁控溅射沉积原理与工艺研究进展

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1、第２５卷第５期中国表面工程Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．５２０１２年１０月ＣＨＩＮＡＳＵＲＦＡＣＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＯｃｔｏｂｅｒ２０１２ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７９２８９．２０１２．０５．００３高功率脉冲磁控溅射沉积原理与工艺研究进展吴志立，朱小鹏，雷明凯（大连理工大学材料科学与工程学院表面工程实验室，辽宁大连１１６０２４）摘要：高功率脉冲磁控溅射技术是一种峰值功率超过平均功率２个量级、溅射靶材原子高度离化的脉冲溅射技术，作为一种新的离子化物理气相沉积技术，已成为国际研究的热点，有关高功率脉冲放电、等离子体特性、薄膜及其工艺等方面的研究进展十分迅速。文中从高功率脉冲磁

2、控溅射的原理出发，介绍１０多年来高功率脉冲电源的发展，从高功率脉冲放电等离子体特性与放电物理、等离子体模型，以及沉积速率和薄膜特性等方面综述技术的研究进展。关键词：高功率脉冲磁控溅射；等离子体；薄膜；研究进展中图分类号：ＴＧ１７４．４４４文献标识码：Ａ文章编号：１００７９２８９（２０１２）０５００１５０６犘狉狅犵狉犲狊狊犻狀犇犲狆狅狊犻狋犻狅狀犘狉犻狀犮犻狆犾犲犪狀犱犘狉狅犮犲狊狊犆犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳犎犻犵犺犘狅狑犲狉犘狌犾狊犲犕犪犵狀犲狋狉狅狀犛狆狌狋狋犲狉犻狀犵ＷＵＺｈｉｌｉ，ＺＨＵＸｉａｏｐｅｎｇ，ＬＥＩＭｉｎｇｋａｉ（ＳｕｒｆａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏ

3、ｒａｔｏｒｙ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２４，Ｌｉａｏｎｉｎｇ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｐｕｌｓｅｄｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ（ＨＰＰＭＳ）ｉｓｐｕｌｓｅｄｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｗｈｅｒｅｔｈｅｐｅａｋｐｏｗｅｒｅｘｃｅｅｄｓｔｈｅｔｉｍｅａｖｅｒａｇｅｄｐｏｗｅｒｂｙｔｗｏｏｒｄｅｒｓｏｆｍａｇｎｉｔｕｄｅａｎｄａｖｅｒｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｐｕｔｔｅｒｅｄａｔｏｍｓｂｅｃｏｍｅｓｉｏｎｉｚｅｄ．Ａｓ

4、ａｎｅｗｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｉｏｎｉｚｅｄｐｈｙｓｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＨＰＰＭＳｈａｓｒｅｃｅｉｖｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅｉｎｔｅｒｅｓｔｆｒｏｍｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓａｎｄｌｅｄｔｏａｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｈｉｇｈｐｏｗｅｒｐｕｌｓｅｄｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ｔｈｅｐｌａｓｍａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ａｎｄｔｈｅｆｉｌｍｓａｎｄｔｈｅｉｒｐｒｏｃｅｓｓ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＨＰＰＭＳａｎｄｒｅｖｉｅｗｓｔ

5、ｈｅｒｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｉｎｔｈｅｈｉｇｈｐｏｗｅｒｐｕｌｓｅｄｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ，ｔｈｅｐｌａｓｍａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｈｙｓｉｃｓ，ｔｈｅｐｌａｓｍａｍｏｄｅｌａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｒａｔｅ，ａｎｄｔｈｅｔｈｉｎｆｉｌｍｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｏｒＨＰＰＭＳ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｐｕｌｓｅｄｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ｐｌａｓｍａ；ｔｈｉｎｆｉｌｍ；ｐｒｏｇｒｅｓｓ０引言频率和１％～３０％的低占空比，保证平均功率与传统磁控溅射相当，使磁控溅射阴极不会因过热而高功率脉冲磁控溅射技术（Ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｐｕ

6、ｌｓｅｄ增加其冷却要求。高功率脉冲磁控溅射技术作ｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇＨＰＰＭＳ）是近年来发展的一为一种新的磁控溅射技术，已成为国际研究的热种离子化物理气相沉积新技术，采用高功率脉冲供点，有关高功率脉冲放电、等离子体特性、薄膜及电模式为磁控溅射阴极提供高达２．８ｋＷ·ｃｍ２的２其工艺等方面的研究进展十分迅速，而国内尚处峰值功率密度，可在基体获达３．４Ａ·ｃｍ的电流２于起步阶段。密度（常规磁控溅射技术为１０ｍＡ·ｃｍ），靶材粒文中从高功率脉冲磁控溅射原理出发，首先子离化率达１００％，同时利用５～４００Ｈｚ的低脉冲收稿日期：２０１２０７１７；修回日期：２０１２０９０７；基

7、金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）（２００９ＣＢ７２４３０５）；国家自然科学基金青年基金（５１１０２０３２）；中国博士后科学基金面上项目（２０１１０４９１５２０）作者简介：吴志立（１９７９－），男（汉），湖南长沙人，博士后；研究方向：先进涂层与表面工程网络出版日期：２０１２０９０７１５∶１４；网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．３９０５．ＴＧ．２０１２０９０７．１５１４．００７．ｈｔｍｌ引文格式