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1、等离子增强磁控溅射技术等-离了增强磁控溅射(PlasmaEnhancedMagnetronSputtering)沉积技术，简写为PEMS,是物理气相沉积(PVD)技术的一种，是在传统磁控溅射技术的基础上做了改进，使膜层更加致密，硬度更高，韧性和结合力更好。它与传统磁控溅射(ConventionalMagnetronSputtering,简竺为CMS)的区别在于其运用独立的电了发射源达到等离了体增强的效果，制备出的涂层致密度、硬度和韧性等均有显著提高。运用PEMS技术可以制备传统磁控溅射技术的所有涂层,如TiN,CrN,TiAlN,TiCN等,以下介绍P
2、EMS的原理和特点。(%1)PEMS技术的原理PEMS技术结合传统磁控溅射技术的优点，在其基础上做了改良，图1为PEMS技术的原理图和实际镀膜工作时的图片。如图1(a)所示，其空室左右两边分别有一个圆柱形金属靶，在其空室的中央，有一个旋转的工作台便于悬挂工件。PEMS技术应用了一个电子发射源来产生更多的电子，一般选用加热的钙丝或者空心阴极管作为电了发射源。从实际工作图1(b)的下方可以隐约看见耀眼的光线，即钙丝在加热状态发出的光线。当真空室内气压到达几个亳托，在钥丝和真空壁之间施加直流放电电压(DCDischargePowerSupply),即：真空壁
3、接地,钙丝上为恒定负偏压。同时,在钙丝上加载交流电，钙丝被加热后向其空室内释放电子，在放电电压的作用下，电了被加速向真空壁飞去，由于真空室内存在大量的气体分子(Ar,TMS,N2等)，电子与中性气体分了(原子)发生碰撞，导致气体电离，并最终使真空室内产生等离了体。PEMS与传统的MS的主要优势就是由引入的灯丝导致的，它使整个真空室产生了等离子体(GlobalPlasma)，而传统的MS所产生的等离了体只是局限在磁控溅射的靶之前，这个GlobalPlasma极大地增强了等离了的密度，等离了体中带正电的Ar离了受到靶材的吸引，轰击靶材产生溅射。所以，等离子
4、体的增加可以提高溅射速率，同时基片也可以吸引充满于整个真空室的Ar,其不断的轰击使膜层的致密度和结合力增强。(a)PEMS技术的工作原理图(b)实际镀膜工作图从图1(a)可以看出，PEMS原理图的下半部分有一个灯丝，通常使用钙丝。在交流电加热下，钙丝不断释放电子，它独立于磁控管。因此，在工件清洗和镀膜过程中，它可以实现传统磁控溅射没有的功能。在PEMS工件清洗过程中，磁控管保持关闭状态，此时真空室内Ar的气压保持几个亳托，在钙丝上加载交流电，并在工件上缓慢增大负偏压，灯丝上释放出的电子向真空壁加速，与Ar碰撞后使整个真空室内充满Ar等离了体，这时在工件
5、上加载的负偏压将带正电的离了吸到工件表面，在离了的轰击下降其表面清洗干净。需要指出，工件表面的负偏压需要缓慢增加，调节过快表面会出现电弧，对工件的新鲜表面很不利。清洗完毕，在不关闭钙丝电源的情况下开启磁控管，这样在清洗和镀膜之间避免了气压过渡过程,工件表面不容易被氧化。在镀膜过程中，金属蒸汽沉积到工件表面形成金属膜，此时，在工件上加有的负偏压将氯离了拉到涂层上进行轰击，提高了膜的致密性和结合强度。需要强调的是，镀膜过程中钙丝产生的等高了体是独立于磁控管产生的等离子体的，经法拉第杯(FaradayCup)试验测定,发现有钙丝的离了电流密度是单独磁控管产生
6、离子电流密度的25倍，足够的电流密度为镀膜过程中提供了充足的能量，膜的致密度显著提高。(%1)CMS和PEMS实验结果比较为了深一步研究PEMS技术，美国西南研究院规荣华等人使用CMS和PEMS两种方法，运用几乎相近的实验参数在Si片表面镀上Cr涂层。图2为涂层表面和横截面SEM形貌，其中左侧运用的是CMS技术，右侧是PEMS技术。从表面形貌可以看出，采用传统磁控溅射CMS沉积出来的Cr涂层表面粗糙，晶粒比较粗大;从横截面上看，CMS沉积的涂层呈现出典型的柱状结构，致密度低。相近参数下，PEMS技术沉积的Cr涂层表面光滑，无明显的柱状结构，而且非常致密
7、。这是由于热铝丝释放的电子增加了等离子体密度，剧烈的离了轰击靶材使得涂层的致密度增加。(%1)离了增强磁控溅射技术的应用1、等离了增强磁控溅射技术在刀具上的应用在机械加工过程中，传统的单相(SinglePhase)的一些硬膜，包括TiN,TiCN,TiAiN以及其他硬的碳、氮化合物涂层，很早就开始用于提高刀具的性能，各种物理气相沉积PVD技术己经运用于制造这类涂层。随着工业的发展，对刀具的要求越来越苛刻，切削速度越来越高，同时对环境的要求也越来越严格，无切削液的的干式加工已经提到日程。理想的刀具需结合高硬度，韧性和高温稳定性于一体，在这三项指标中，硬度
8、和韧性往往是一对矛盾的参量，高硬度通常伴随着是脆性的增加，目前还没有很好的刀具能同时兼顾韧性和
