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learzheng

新虫 (初入文坛)

[交流] HiPIMS反应溅射特性

新铂科技,聚焦高能等离子体表面工程硬件和工艺。







引言





HiPIMS电源在高致密性硬质涂层中有很好工业化利用,但是光学应用中的案例还不多,本文将介绍HiPIMS反应溅射模式下的特性。







点睛






在反应溅射中,DCMS存在靶面中毒现象,MF溅射虽然能一定程度解决靶材中毒现象,但是制备膜层的致密度及折射率与块材相比,还有提升空间;

HiPIMS溅射技术是否能解决靶面中毒的同时,获得高速及高致密度膜层。







内容





综合研究HiPIMS反应溅射Al2O3和ZrO2之后[1],相较于DCMS溅射存在迟滞和过渡区不稳定现象,DCMS中明显存在O2进气迟滞现象,在过渡区氧含量窗口期非常窄,如图1所示。而HiPIMS反应溅射的过程不存在迟滞现象,即使在过渡区也能稳定溅射,在优化氧进气量时,溅射速率还能比DC溅射速率有所提升;

图片

图1、DC及HiPIMS反应溅射氧化铝沉积速率对比图




HiPIMS反应溅射和DCMS相比,即使材料的溅射量是相同的,但是HiPIMS的溅射速率更低,主要是因为HPPMS溅射的膜层更加致密导致的。

HiPIMS反应溅射在加氧和减氧测试中不存在迟滞回线的原因有:1、在脉冲阶段有高的刻蚀靶材的速率,而在关闭脉冲阶段靶表面没有反应物产生,不会使靶材中毒。2、通常HiPIMS靶电压很高,将导致高的化学溅射产额,即使靶表面有不导电化合物也能被刻蚀掉。3、同样的气体稀薄现象不仅影响Ar,还会影响到反应气体使得在电离之后出现反应气体稀薄,如图2所示;在脉冲时间内,Ti离子持续增加,而Ar或者O离子在最初脉冲5-10us内是逐渐增加,随后随着气体稀薄效应而下降;这种金属离子增加和气体离子产生时间上的错开,将有利于反应溅射制备化合物。

图片

图2,HiPIMS反应溅射制备TiO2过程中离子变化情况





总结





1)HiPIMS反应溅射在加氧和减氧测试中不存在迟滞回线





2)HiPIMS中高的金属离化率和高电压都有利于反应溅射过程,获得致密光学涂层





参考文献





[1] E. Wallin, U. Helmersson, Thin Solid Films 516 (2008) 6398.

[2] K. Sarakinos et al. Surface & Coatings Technology 204 (2010) 1661–1684
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