脉冲放电强度对磁控溅射Cr薄膜微观结构的影响.pdf

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1、第34卷第2期材料热处理学报Vo1．34No．22013年2月TRANSACTIONSOFMATERIALSANDHEATTREATMENTFebruary2013脉冲放电强度对磁控溅射Cr薄膜微观结构的影响曹政，蒋百灵，沈建东，宁富平，张潜(西安理工大学材料科学与工程学院，陕西西安710048)摘要：在脉冲非平衡磁控溅射环境中，通过提高脉冲靶电压(分别为600、700及800V)使工作气体Ar获得3种不同强度的异常辉光放电状态(单脉冲峰值靶功率密度分别为1O、30及70W／cm)，并分别制备cr

2、薄膜。利用SEM、AFM、XRD及TEM等方法研究、比较了非平衡磁控溅射cr薄膜的微观结构在不同Ar气脉冲异常辉光放电强度条件下的差异。结果表明，随Ar气脉冲异常辉光放电强度的增强：cr薄膜沉积速率显著提高，薄膜表面粗糙度略有增大，但表面颗粒未出现长大现象，且尺寸均匀、细小，择优生长的Cr(110)晶面的衍射峰强度明显降低，结晶效果逐渐降低。不同异常辉光放电强度条件下制备的cr薄膜均以柱状方式生长，微观组织呈现出纳米级尺度的晶粒(直径5～10nm)镶嵌式分布的形态。关键词：脉冲；异常辉光放电；非平

3、衡磁控溅射；Cr薄膜中图分类号：TGI74．44文献标志码：A文章编号：1009—6264(2013)02·0157~5InfluenceofpulsedischargestrengthonmicrostructureofCrfilmsdepositedbymagnetronsputteringCAOZheng，JIANGBai—ling，SHENJian—dong，NINGFu-ping，ZHENGQian(SchoolofMaterialsScienceandEngineering，Xi’an

4、UniversityofTechnology，Xi’an710016，China)Abstract：CrfilmsweredepositedunderthreedifferentArpulseabnormalglowdischargestrengthconditions(monopulsepeaktargetpowerdensity：10W／cm。，30W／cmand70W／cm)byincreasingpulsetargetvoltage(600V，700Vand800V)inpulseunba

5、lancedmagnetronsputteringenvironment．SEM，AFM，XRDandTEMwereusedtocomparethedifferenceofmicrostructureoftheCrfilmsdepositedunderthedifferentconditions．AsArpulseabnormalglowdischargewasstrengthenhanced，Crfilmdepositionratewasincreaseddramatically．Meanwhi

6、le，thesurfaceroughnessofthefilmswasslightlyincreased．Moreover，thesurfaceparticlessizewashomogeneousbutnotincreased．Besides，preferredorientationCr(110)diffractionpeakstrengthwasdecreasedobviously，whichmeantcrystallizationeffectbecomingworse．Crfilmsexhi

7、bitedcolumnargrowthandnanoscalegrains(5·10nm)weresettingtypedistributionintofilm．Keywords：pulse；abnormalglowdischarge；unbalancedmagnetronsputtering；Crfilm非平衡磁控溅射技术因沉积温度低、易实现多组子的离化率极低(不足1％[61)，靶材原子在沉积过程元共溅射及成分比例精确可调等优点而引起薄膜制中受“阴影效应”的制约，常使具有复杂几何形状备领域的广泛

8、关注¨。传统的直流非平衡磁控溅射的基片表面难以沉积厚度均匀的薄膜。在直流条件技术制备领域，其典型的靶功率密度均小于10W／下，如果为提高靶材原子离化率而进一步增大靶功率am，此时溅射过程主要运行在气体放电伏安特性曲密度(大于10W／cm时)，气体将进入更高强度的异线中的正常辉光放电状态。正因为当前的直流非平常辉光放电甚至异常剧烈的弧光放电阶段，长时间的衡磁控溅射技术的溅射靶功率密度较低，造成靶材原持续高强度气体放电既会因为基片快速升温而导致薄膜颗粒尺寸粗大、表面粗糙及组织疏松等劣化