高功率脉冲磁控溅射圆筒内表面制备cr薄膜的研究

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1、硕士学位论文高功率脉冲磁控溅射圆筒内表面制备Cr薄膜的研究RESEARCHOFCrCOATINGSONINNERSURFACEOFCYLINDERPEPAREDBYHIGHPOWERPULSEDMAGNETRONSPUTTERING严肃哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号:TG456.9学校代码：10213国际图书分类号:621.7密级：公开工学硕士学位论文高功率脉冲磁控溅射圆筒内表面制备Cr薄膜的研究硕士研究生：严肃导师：王浪平教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与

2、工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG456.9U.D.C:621.7DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHOFCrCOATINGSONINNERSURFACEOFCYLINDERPEPAREDBYHIGHPOWERPULSEDMAGNETRONSPUTTERINGCandidate：YanSuSupervisor：Prof.WangLangpingAcademicDeg

3、reeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsSci.&Eng.DateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要薄膜制备技术广泛应用于工业、医疗、生物、军事等各个领域，在特殊环境下工作的器件常常

4、需要在其表面制备一层薄膜来满足应用需求。本文通过高功率脉冲磁控溅射技术（HPPMS）在圆筒内表面制备Cr的薄膜，通过光纤光谱仪对溅射过程发射光谱进行诊断，并对其放电特性进行分析，再在不同工艺下制备Cr薄膜并通过光学显微镜、SEM、划痕仪、显微硬度仪等测试方法对薄膜的微观结构和宏观性能进行了分析。在直流溅射和高功率脉冲磁控溅射的光谱诊断中，直流溅射的激发态Ar原子特征谱线强度很高，而Cr的特征光谱强度一般，高功率溅射中Cr元素的特征光谱强度大大提升，而Ar元素的光谱也明显下降，证明了高功率脉冲磁控

5、溅射中金属离化率明显高于直流溅射的。随着功率的提升，整体光谱强度明显随之增大；随着压强的提升，光谱强度没有发生明显变化。本文研究了Cr靶高功率脉冲磁控溅射放电特性，发现随着气压从0.2Pa增加到1.4Pa，脉冲电流先出现明显增大，但增加幅度越来越小最后保持稳定；当靶电压从450V上升到650V，脉冲电流出现明显升高，且其提升幅度也越来越大；当脉冲频率从20Hz增加到150Hz，脉冲电流并无明显变化，只出现了略微增大的趋势；当脉冲宽度从50μs增大到250μs时，脉冲电流先迅速增大，但在脉宽达到1

6、00μs时脉冲电流就基本保持稳定，脉宽为250μs时出现了明显的电流平台。随着靶电压的提高，气体离子能量增大，Cr靶溅射产额增大，从而溅射粒子的能量和数量都增大，薄膜的沉积速率明显提升。当圆筒内径增大，薄膜沉积速率明显降低，这是因为等效靶基距的增大使溅射粒子能量损失或者被吸引回靶材。工作气压和基体偏压对薄膜形貌和沉积速率的影响都较为复杂。随着靶电压和基体偏压的提高，薄膜的膜基结合力都增大；圆筒内径增大时，膜基结合力也呈增大趋势；工作气压提高时，膜基结合力逐渐下降。当靶电压和基体偏压逐渐提高，薄膜

7、显微硬度值都呈现先增大后减小的趋势。关键词：磁控溅射；内筒；高功率；放电特性；溅射工艺；力学性能-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThinFilmsarewidelyusedinindustrial,medical,biological,militaryandotherareas,devicesworkinspecialenvironmentsoftenrequiresthepreparationofathinfilmonthesurfacetomeettheapplicati

8、onrequirements.ThisarticleprepareCrcoatingontheinnersurfaceofcylinderbythemethodofHighpowerpulsedmagnetronsputtering,andacquiretheemissionspectrumbytheFiberopticspectrometerandanalyzewithrelativesoftware,andanalyzethedischargecharacteristicsduringthe