弧源電流對(duì)TiN薄膜沉積速率的影響

2013-04-05 史新偉 佛山市震德塑料機(jī)械有限公司

  沉積速率對(duì)TiN 薄膜的性能也有很大的影響,高沉積速率下制備的薄膜比較致密,硬度和結(jié)合力都較好,而低沉積速率制備的薄膜較疏松。沉積速率與弧源電流有很大的關(guān)系,Eckel 等人的研究表明,TiN 薄膜的沉積速率正比于陰極電流密度,其計(jì)算公式為[12]:

R = Jm/eρ (2)

  式中R———薄膜的沉積速率;J———陰極電流密度;m———TiN 的分子量;e———電子電荷;ρ———TiN 的理論密度

  圖4 是本研究中掃描電鏡測(cè)量的薄膜厚度隨弧源電流的變化圖。可見(jiàn)隨弧源電流的增大,沉積速率增大,TiN 膜層的厚度增厚,這與公式(2)的規(guī)律完全吻合。弧源電流為40 A 時(shí),沉積速率很低,TiN 薄膜的沉積速率為625 nm/h,當(dāng)弧源電流增大至100 A 時(shí),在相同條件下,TiN 薄膜的沉積速率達(dá)到1857 nm/h。

弧源電流對(duì)TiN薄膜沉積速率的影響

圖4 TiN 薄膜的厚度隨弧源電流的變化

圖5 真空室溫度隨弧源電流的變化

  另外,弧源電流增大,靶材表面和真空室的溫度都會(huì)升高(圖5),一方面靶材會(huì)有更多的Ti蒸發(fā)出來(lái),有較多的Ti 粒子電離并和電離的N相互作用,生成TiN 薄膜;另一方面在襯底(樣品)表面,由于溫度升高,粒子的擴(kuò)散過(guò)程容易進(jìn)行,因而薄膜沉積速率加快。同時(shí)由于真空室溫度升高,從化學(xué)反應(yīng)的角度來(lái)說(shuō),Ti 與N 更易于結(jié)合成TiN,因而大量的N 離子被反應(yīng)掉,使得真空室的真空度升高,在稀疏的等離子體中,粒子到達(dá)基體表面的阻礙作用減弱,有更多的粒子到達(dá)襯底(樣品)表面,并沉積成膜,因而沉積速率提高。

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  不同弧源電流TiN薄膜的表面形貌及其摩擦學(xué)性能研究

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