《高離化率磁控濺射新方法及薄膜製備和形成機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由田修波擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：高離化率磁控濺射新方法及薄膜製備和形成機理研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：田修波
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傳統磁控濺射離化率不足10%，1999年瑞典提出了一種高功率脈衝磁控濺射方法：把磁控電壓從400-500V提高到800-1500V（脈衝），大大提高了離化率（＞60%），該技術被認為是磁控濺射一次革命。然而技術原理決定的低沉積速率（有時僅為20%）成為其工業套用障礙。磁控靶高電壓產生了離化金屬吸回和靶平均電流減小的雙重效應，使得沉積速率下降。本研究提出了一種新的基於瞬間高密度電漿擾動的大電流/常規低壓放電方法，利用異常輝光放電滯回現象，通過瞬間高壓耦合將潘寧放電激發到電子碰撞離化，獲得低電壓下的大電流放電，進而實現高離化率/高沉積速率。本項目圍繞這一新型放電模式和高離化率下薄膜沉積等展開基礎性研究工作，包括新型電源設計研製；新模式下放電規律和金屬離化率；高離化率薄膜製備以及基於離子/原子比例(I/A)和動量（Ek）控制的膜層生長機理等等。希望獲得一種可工業化的新型高離化率磁控濺射技術。
結題摘要
高功率脈衝磁控濺射具有高離化率的優勢，但沉積速率很低。利用異常輝光放電滯回現象，可實現高離化/高沉積速率。本項目開發了一種複合脈衝高功率磁控濺射電源（下稱新型電源），並對該電源展開基礎研究，包括新型電源設計開發、新型電源放電規律、薄膜製備以及離化率和離子轟擊能量對膜層生長、結構及性能的影響。 使用FPGA作為控制器，觸控螢幕作為人機互動界面開發了新型電源。該電源脈衝電壓、脈寬和頻率獨立可調，並具備過流保護功能。引燃脈衝電壓、脈寬越大，工作脈衝電壓越高，轟擊到基體的離子數越多；工作脈衝脈寬越大，轟擊到基體的離子數越少。通過對電源輸出進行調整，改變兩路脈衝的相位關係和數量，可對靶電流波形進行任意調結。 使用新型電源製備了CrN薄膜。隨著引燃脈衝電壓由600V增加到690V時，粒子離化率逐漸提高。引燃脈衝脈寬由10μs增加到25μs時，晶粒尺寸由31nm降低到25nm，膜層厚度由0.42 μm增加到1.80 μm，沉積速率最大達到3.5 μm/h約為傳統高功率的3.9倍。 隨著引燃脈衝電壓增加，硬度由900Hv增加到1300Hv，摩擦係數由0.6降低到0.4。隨著引燃脈寬由10 μs增加到25μs時，膜層硬度由900Hv增加到1300Hv，摩擦係數由0.42降低到0.35。隨著引燃脈衝電壓及脈寬減小，結合力由HF3增加到HF1。 本項目提出了一種新型的複合脈衝高功率磁控濺射，相較於傳統高功率磁控濺射，實現了沉積速率大幅提升，沉積薄膜硬度和摩擦磨損性能均有較大提高。與傳統高功率磁控濺射相比，複合脈衝高功率磁控濺射更有利於工業化套用。 通過本項目的資助，共發表文章25篇。其中SCI論文16篇，EI論文4篇，中文核心期刊論文5篇，申請專利2項。舉辦高離化率磁控多弧套用技術研討會3次（2014年、2015年、2016年）。進行國內、外學術交流15次，大會報告及邀請報告9次，分會場報告5次。以該技術為基礎，研製的設備輸出到美國SWRI，並進行了合作研究。同時在SVC2016點評時，歐洲HIPIMS聯盟主席Bandorf Ralf 認為我們提出了一種新型的技術。
