对靶非平衡磁控溅射系统平面探针诊断

对靶非平衡磁控溅射系统由两个相对磁控溅射靶和一个磁镜场约束系统构成，通过强调电磁线圈的激励电流可以控制磁镜场的空间分布状态，测量了合成磁场的空间分布状态。采用平面探针方法，在两靶中间位置测量了收集电流密度。结果表明，探针的收集电流密度随磁镜场的激励电流增加显著增大，在偏压150V、工作气体Ar、压力0.2Pa和磁控溅射靶工作电流3A时，收集的电流密度可以达到5.77mA/cm^2。     

有开放约束磁场磁控溅射系统等离子体引出

在磁控溅射系统阴极靶施加同轴可调约束磁场显改善了系统放电特性。研究了在心气放电系统伏安特性随不同的气压、溅射电压变化规律。采用同轴平面探针诊断距阴极60mm、110mm和230mm三个不同位置收集电流密度，负偏压150V。实验结果表明存在不同的开放约束磁场和气压下放电特性符合I∝V^n(n≈1．2-1．5)，开放约束磁场降低了系统的放电电压，增强了等离子体的引出效果，提高了系统在较低真空度的放电稳定性。轴向开放约束磁场显提高了收集电流密度，离子收集通量在距阴极230mm的位置达到9．5mA／cm^2。收集电流密度达到饱和值后不再受轴向开放约束磁场强度和工作电流的影响。根据磁流体理论讨论了引起系统中伏安放电特性的变化原因。     

有开放约束磁场磁控溅射系统等离子体引出

在磁控溅射系统阴极靶施加同轴可调约束磁场显著改善了系统放电特性。研究了在Ar气放电系统伏安特性随不同的气压、溅射电压变化规律。采用同轴平面探针诊断距阴极 60mm、1 1 0mm和 2 30mm三个不同位置收集电流密度 ,负偏压 1 50V。实验结果表明存在不同的开放约束磁场和气压下放电特性符合I∝Vn(n≈ 1 2～ 1 5) ,开放约束磁场降低了系统的放电电压 ,增强了等离子体的引出效果 ,提高了系统在较低真空度的放电稳定性。轴向开放约束磁场显著提高了收集电流密度 ,离子收集通量在距阴极 2 30mm的位置达到 9 5mA/cm2 。收集电流密度达到饱和值后不再受轴向开放约束磁场强度和工作电流的影响。根据磁流体理论讨论了引起系统中伏安放电特性的变化原因。     

电磁阴极磁场分布对磁控溅射系统伏安特性的影响

本文设计了一种新型圆形平面阴极磁控溅射源.该源具有独特的三极线圈结构,改变各线圈励磁电流可调节靶面磁场强度的大小和分布.通过对系统气体放电伏安特性随各线圈励磁电流大小变化规律的分析,以及对距靶面60mm基片台处等离子体束流密度大小和分布的测试,探讨了阴极磁场分布对磁控溅射系统伏安特性的影响.实验结果表明阴极磁场分布模式对气体放电稳定性和等离子体分布影响显著,当阴极磁场呈现收敛型分布时,二次电子被紧密束缚在靶面附近,降低了基片台附近等离子体束流密度,却增大等离子体束流径向分布均匀性.调节非平衡线圈励磁电流,在附加磁场的作用下,阴极磁场呈现发散型分布,二次电子被引向基片台附近,使得基片台附近等离子体束流密度显著增加但径向均匀性变差.     

非平衡磁控溅射沉积CrN用于液压杆件的研究

目前液压杆件基本上采用电沉积的方法在基体表面沉积一层Cr膜,以此来满足其耐热、耐磨和抗腐蚀要求,但电沉积Cr不但浪费能源而且对环境和人体健康有着极大的伤害.本文利用非平衡磁控溅射的方法在45#钢表面获得6μm左右的Cr-CrN多层膜,通过对膜层进行物理性能测试、盐雾试验以及装车磨损寿命试验,结果表明利用非平衡磁控溅射方法在液压杆件基体上沉积CrN不仅可取代电沉积Cr,而且使用寿命大大提高.     

外加磁场对磁控溅射靶利用率的影响

通过在基片上直接放置一块永久磁铁来研究外加磁场对磁控溅射靶利用率的影响。实验发现，外加磁场的引入改变了靶表面附近的磁场分布，因而靶的刻蚀环的位置、宽度和深度均发生了明显的变化，靶的利用率在S—S构型和S—N构型中均比无外加磁场时要高。利用空间模拟磁场成功的解释这一实验现象。在S—S构型和S—N构型中，后靶的刻蚀深度轮廓线比较平坦，相对刻蚀深度值更大，更能有效地提高靶的利用率。     

非平衡磁控溅射TiAlN薄膜的高温抗氧化性能研究

采用非平衡磁控溅射技术在硬质合金基体上制备了TiAlN薄膜.在400℃-800℃对试样进行氧化实验,利用XRD,SEM,精密电子天平等对TiAlN薄膜的物相、断口组织形貌以及氧化增重结果进行分析.实验结果发现,在800℃以下,TiAlN薄膜具有良好的抗高温氧化性.     

非平衡磁控溅射二维磁场分布模拟计算

磁场结构在磁控溅射技术中起着重要的作用。本文利用ANSYS软件模拟计算磁场的磁感应强度及其分布,并分析、比较不同方案中的磁场分布变化规律。计算结果与实测值吻合,并且显示随着与靶面距离的增加磁感应强度减弱的特征,其中在双靶磁场并顶部磁场只有S极的结构中,磁场中磁感应强度最强。     

非平衡磁控溅射及其应用

磁控溅射镀膜技术由于其显著的特点已经得到广泛的应用。但是常规磁控溅射靶表面横向磁场紧紧地束缚带电粒子，使得一镀膜区域的离子密度很低，一定程度上削弱了等离子体膜的优势。通过有意识地增强或削弱其中一个磁极的磁通量。使得磁控溅射靶的磁场不平衡，可以大大提高镀区域的等离子体密度，从而改善镀膜质量，此外还讨论该技术目前的发展状况。     

射频等离子体增强非平衡磁控溅射沉积技术

介绍了射频电感耦合等离子体增强非平衡磁控溅射沉积技术的原理、实验性能。并用该技术在Si基片上沉积了Cu膜，研究了所成膜的结构、表面形貌及膜成分等，分析结果表明在该条件下沉积的Cu膜致密，晶粒尺度大约在100～1000nm，膜基界面比较紧密，没有明显的空洞，并且膜呈（111）织构。最后简要介绍了该技术应用的前景。     

非平衡磁控溅射类金刚石碳膜的性能

用非平衡磁控溅射的方法在室温下制备了光滑、均匀、致密的类金刚石(DLC)薄膜,分析和研究了DLC膜的形貌、结构和摩擦特性.结果表明,靶工作电流对DLC膜的沉积有重要的影响.随着工作电流的增大,薄膜的沉积速率增大,薄膜中sp3键的含量增加.薄膜的摩擦系数随着工作电流的增加略有增大,在摩擦的初始阶段,摩擦系数较高,随着摩擦循环次数的增加,摩擦系数逐渐减小,并逐渐趋于稳定.     

Nanostructure transition in Cr-C-N coatings deposited by pulsed closed field unbalanced magnetron sputtering

Cr-C-N coatings with different compositions, i.e. (C + N)/Cr atomic ratios (x) of 0.81-2.77, were deposited using pulsed closed field unbalanced magnetron sputtering by varying the chromium and graphite target powers, the pulse configuration and the ratio of the nitrogen flow rate to the total gas flow rate. Three kinds of nanostructures were identified in the Cr-C-N coatings dependent on the x values: a nano-columnar structure of hexagonal closed-packed (hcp) Cr₂(C,N) and face-centered cubic (fcc) Cr(C,N) at x = 0.81 and 1.03 respectively, a nanocomposite structure consisting of nanocrystalline Cr(C,N) embedded in an amorphous C(N) matrix at x = 1.26 and 1.78, and a Cr-containing amorphous C(N) structure at x = 2.77. A maximum hardness of 31.0 GPa and a high H/E ratio of 1.0 have been achieved in the nc-Cr(C,N)/a-C(N) nanocomposite structure at x = 1.26, whereas the coating with a Cr-containing amorphous C(N) structure had a minimum hardness of 10.9 GPa and a low H/E ratio of 0.08 at x = 2.77. The incorporation of carbon into the Cr-N coatings led to a phase transition from hcp-Cr₂(C,N) to fcc-Cr(C,N) by the dissolution into the nanocrystallites, and promoted the amorphization of Cr-C-N coatings with the precipitation of amorphous C(N). It was found that a high x value over 1.0 in the Cr-C-N coatings is the composition threshold to the nanostructure transition.     

非平衡磁控溅射无氢DLC增透膜的研制

非平衡磁控溅射(UBMS)技术近年来得到了广泛地应用.采用该技术制备的类金刚石薄膜(DLC)具有许多独特的性质.本文利用正交实验方法,对非平衡磁控溅射技术制备无氢DLC膜增透膜进行了研究,得到了影响薄膜光学性能的主要因素和最佳的制备工艺.结果表明,非平衡磁控溅射制备的无氢DLC膜具有较宽的光谱透明区,锗基底单面沉积DLC膜,其峰值透射率达到61.4%,接近理论值.     

A new semi-analytical method analyzing the magnetic field in unbalanced magnetron sputtering system

A new method, semi-analytical method (SAM), is first applied to calculate and analyze the magnetic filed in unbalanced magnetron sputtering system, and introduced in detail. An analytic solution of the scalar magnetic potential in the system can be acquired by the SAM. Its unknown number is much less than that in the numerical method. The analytic series expression of magnetic flux density can be easily obtained directly by differentiating the scalar magnetic potential function, and it can also easily ensure the precision of solving the magnetic flux density. The comparison of results between the values measured by experiment and the values calculated by the SAM has shown correctness and effectiveness of this method. The SAM cannot only accurately describe the distribution of magnetic flux density and optimize magnetic field in unbalanced magnetron sputtering system, but also be conveniently used for the simulation about plasma distribution and thin film growth.     

非平衡磁控溅射沉积Ta-N薄膜的结构与电学性能研究

采用直流反应非平衡磁控溅射技术在单晶Si(100)和玻璃表面沉积氮化钽(Ta-N)薄膜,分别测试了薄膜的结构、成分、电阻率和吸收光谱,研究了氮氩流量比(N2∶Ar)变化对Ta-N薄膜的结构和电学性能的影响.研究结果表明随N2∶Ar增加,依次生成六方结构的γ-Ta2N、面心立方结构(fcc)的δ-TaNx、体心四方结构(bct)的TaNx;N2∶Ar在0.2～0.8的范围内,Ta-N薄膜中只存在着fcc δ-TaNx;当N2∶Ar＞1之后,Ta-N薄膜中fcc δ-TaNx和bct TaNx共存.Ta-N薄膜电阻率随N2∶Ar流量比增加持续增加,当N2∶Ar为1.2时,薄膜变为绝缘体,光学禁带宽度为1.51eV.     

磁控溅射制备TiO2薄膜对医用NiTi合金弹簧圈的表面改性

采用非平衡磁控溅射法制备了3种TiO2薄膜,对医用NiTi合金弹簧圈进行了表面改性处理.运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、原子力显微镜(AFM)﹑扫描电子显微镜(SEM)等手段系统研究了薄膜的表面结构、成分、微观形貌等,同时对薄膜的接触角进行了测试.通过血小板粘附和人脐静脉内皮细胞种植试验研究和评价了薄膜的血栓形成能力和内皮化性能.结果表明,医用NiTi合金弹簧圈表面镀一定结构和性质的TiO2薄膜后,其血栓形成能力和内皮化性能得到明显提高.     

Influence of additional magnetic field on plasma parameters in magnetron sputtering

With three additional magnetic rings being assembled outside the discharge room and connected with the magnetic field of the conventional unbalanced magnetron sputtering, a closed magnetic field configuration distribution had been formed in the whole discharge room and which can confine discharge plasma more effectively. The spatial distribution of the newly designed magnetic field configuration was simulated using the ANSYS software. Plasma potential, electron temperature, electron density and ion density in the discharge plasma were diagnosed by Langmuir probe and the optical emission line intensity ratios of Ar⁺/Ar and Cu⁺/Cu were studied by optical emission spectroscopy. The structure and morphology of the Cu films are measured by scanning electron microscopy. A comparative study of the new magnetic field configuration with the conventional unbalanced magnetic field configuration was conducted. The results showed that the application of the additional magnetic field can increase the plasma density, enhance the ionization degree of the sputtered Cu and decrease the plasma potential effectively. The characteristics of the deposited Cu film were also influenced by the new magnetic field configuration greatly.