中頻脈衝直流磁控濺射放電機理與鍍膜套用

《中頻脈衝直流磁控濺射放電機理與鍍膜套用》是依託中國科學院電工研究所，由邱清泉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：中頻脈衝直流磁控濺射放電機理與鍍膜套用
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：邱清泉
• 依託單位：中國科學院電工研究所

項目摘要

近幾年來，中頻脈衝直流磁控濺射在鍍膜工藝中得到了越來越多的套用。脈衝電壓的幅值、頻率、占空比和極性對放電電漿密度、能量等特徵參數有著很大影響，而電漿特徵參數又進一步對鍍膜速率、薄膜結構和特性產生影響。因此，對於中頻脈衝磁控濺射的放電機理進行研究，對於提高鍍膜速率和薄膜質量具有十分重要的意義。然而，目前對中頻脈衝磁控濺射的放電機理探討明顯不足。本課題擬以製備Cu薄膜和ZnO薄膜為例，採用理論分析、電漿仿真、放電特性測量和薄膜特性測量相結合的手段，重點對電源參數對放電特性的影響，以及電漿參數對薄膜結構和特性的影響展開研究。在此基礎上，對電源參數和磁場、基板偏壓等其他參數的配合進行最佳化。

結題摘要

中頻脈衝直流磁控濺射可廣泛用於高質量薄膜製備工藝。脈衝電壓的幅值、頻率、占空比和極性對放電電漿密度、能量等特徵參數有著很大影響，而電漿特徵參數又進一步對鍍膜速率、薄膜結構和特性產生影響。因此，對於中頻脈衝磁控濺射的放電機理進行研究，對於提高鍍膜速率和薄膜質量具有十分重要的意義。本項目在對中頻脈衝直流磁控濺射放電機理研究的基礎上，建立了中頻脈衝直流磁控濺射放電電漿仿真模型，對脈衝放電電漿參數進行了仿真，進一步基於時間分辨朗繆爾探針系統和光譜儀完成了對電漿參數和發射光譜的測試，最後以製備Mo、AZO和ITO薄膜為例，對工藝參數對薄膜特性的影響進行了研究。 本項目的主要研究工作和成果如下： (1) 對中頻脈衝直流磁控濺射的放電機理進行了更為深入的研究。研究發現，在從脈衝開啟到脈衝關閉轉變的過程中，靶材附近高能電子增加，可抑制電弧產生；基片附近高能離子增加，可增加對基片的轟擊。 (2) 建立了單極和雙極脈衝直流磁控濺射放電電漿仿真模型，完成了脈衝放電電漿的模擬和分析工作。基於電漿仿真，得到了放電空間不同位置電子和離子密度、能量，電勢和電場分布隨時間的演化規律。 (3) 建立了較完整的脈衝直流磁控濺射裝置的磁場與放電電漿分析軟體。軟體可對不同結構和尺寸的磁控濺射裝置的磁場和放電電漿進行仿真。 (4) 構建了脈衝直流磁控濺射放電電漿特性測試平台，基於時間分辨朗繆爾探針系統和光譜儀分別進行了電漿參數和發射光譜的測試，並分析了工藝參數對電漿參數和發射光譜的影響。 (5) 構建了脈衝直流磁控濺射鍍膜平台，進行了Mo、AZO和ITO幾種薄膜的製備工作，並分析了工藝參數對薄膜電阻率和形貌的影響；實驗發現，電源頻率對薄膜方阻的影響比較明顯，而占空比對薄膜方阻的影響則比較小。 (6) 新提出一種永磁電磁複合式磁控濺射裝置，可實現磁場強度和平衡度的靈活調節，從而套用於不同靶材材料的鍍膜工藝，並提高薄膜質量和靶材利用率。