单晶硅非平衡磁控溅射等离子体基离子注入钼的XPS研究

采用非平衡磁控溅射及射频激励产生金属等离子体，在单晶基体Si上等离子体基离子注入钼。选择不同的靶基距，即不同的Mo沉积速率，研究了沉积速率对Si中Mo注入层的影响，用X光电子能谱(XPS)对注入层中Mo的深度分布和化学态进行了分析。结果表明注入过程由两部分组成，即反冲注入(包括级联碰撞引起注入原子的位移)和金属的纯注入。随靶基距增大，沉积速率减小，样品表面沉积层厚度减小，注入层增厚。靶基距为300mm时，纯注入层厚度与理论计算值接近。XPS多道分析判断有MoSi2相生成。     

靶基距和锭料蒸发速率对沉积薄板厚度均匀性的影响

电子束物理气相沉积技术被采用制备大尺寸高温合金薄板,靶基距和不同坩埚中锭料蒸发速率对厚度均匀性的影响规律被研究。研究结果表明,靶基距对锭料的有效蒸发效率和厚度均匀性具有重要影响。靶基距低,有效蒸发效率高,反之,靶基距高,有效蒸发效率低。靶基距与锭料的有效蒸发效率成反比关系。调整不同坩埚中锭料蒸发速率,可获得不同的薄板厚度分布。当靶基距为h=50 cm,2号坩埚蒸发量为83%,4号坩埚蒸发量为17%时,沉积薄板厚度分布均匀性最好,在r≤450 mm范围内薄板厚度分布满足国家薄板厚度公差标准。理论计算与实验结果相符合表明模型合理。     

溅射沉积氢化非晶硅中辉光放电等离子体的Langmuir探针诊断

为揭示磁控溅射辉光放电等离子体参量对Si薄膜沉积过程的本质影响,采用Langmuir探针于不同的靶电流、靶基距和氢分压条件下对直流辉光放电等离子体进行了诊断,分析了直流辉光放电等离子体参量(离子密度、离子流通量、等离子体电势、电子密度、电子温度)的变化规律,并以此为依据探讨了其对Si靶溅射过程和溅射Si粒子输运过程的影...     

SmCo薄膜磁控溅射沉积速率的影响因素

SmCo薄膜的厚度是影响其磁性能的重要因素,而沉积速率是控制薄膜厚度的关键。采用直流磁控溅射工艺制备SmCo薄膜,设计正交实验并通过数理统计方法研究了溅射工艺参数中溅射功率、靶基距及氩气压强对SmCo薄膜沉积速率的影响,并同时考察了不同厚度SmCo薄膜的磁性能变化规律。研究结果表明:溅射功率与靶基距都对薄膜的沉积速率有较大的影响,其中在溅射功率为40~120W范围内时,随着溅射功率的增大SmCo薄膜的沉积速率逐渐提高;在靶基距为50~70mm的范围内,SmCo薄膜的沉积速率随靶基距的增大而逐渐降低;而在氩气压强处于0.7~1.5Pa范围内时,SmCo薄膜的沉积速率几乎不随氩气压强的改变而变化。在溅射功率为80W、靶基距为60mm及氩气压强为1.1Pa的工艺条件下,SmCo薄膜的沉积速率具有很好的稳定性。随膜厚从0.59μm增加到0.90μm,SmCo薄膜的矫顽力由23.4kA/m降低到8.2kA/m。     

等离子体浸没离子注入球形靶的鞘层尺度

对于等离子体浸没离子注入（PIII）技术,球形靶鞘层尺度预测对真空室设计,批量处理研究先进是十分有用的,但由于球形靶鞘层Child-Langmuir定律数学表达的非线笥使得工程应用较为困难,本文对球形靶的鞘层尺度进行了数值求解,讨论了注入参数对鞘层尺度的影响,计算结果表明,鞘层厚度（包括离子阵鞘层和稳态鞘层）随球体半径或注入电压增加而增加,随等离子体密度增加而减小,但对于不同的参数区间,鞘层特性对参数的变化表现出不同的敏感性,当离子体密度较高,注入电压较低时,稳态鞘层厚度对于靶体半径的变化有不敏感,相反鞘层厚度对靶体大小变化较为敏感,虽然平面靶与球形靶的离子辄鞘层尺度比值与等离子体密度及球体半径有关,但平面靶稳态鞘层尺度总是大于球形靶的,这对于实际的PIII应用具有重要的指导意义。     

真空技术及应用系列讲座 第十九讲 真空溅射镀膜

正(接2014年第5期第80页)靶—基距对沉积速率有很大影响,图19给出了S-枪靶的靶基距对沉积速率的影响。从图中可见,随着靶基距的增加,沉积速率呈双曲线状下降。沉积速率随靶—基距的增加而下降是由于靶材粒子在迁移过程中的散射效应引起的。为     

a-Si∶H/Al/a-Si∶H三层复合膜的低温晶化研究

采用真空热蒸发与PECVD方法 ,在特殊设计的“单反应室双沉积法”薄膜沉积设备中沉积a Si∶H/Al/a Si∶H三层复合薄膜 ,并利用XRD ,XPS及SEM等方法对薄膜在不同温度退火后的晶化行为进行了研究。结果表明 ,随着热处理过程的进行 ,金属Al逐步向表面扩散 ,在金属Al锈导下a Si∶H层出现晶化的温度不高于 2 5 0℃。在Al层厚度低于 2 2nm时 ,a Si∶H向晶态硅转变的量随着Al层厚度的增加而增加 ,而当Al层厚度大于 2 2nm后 ,a Si∶H向晶态硅转变的量与Al层厚度无关     

等离子体聚合工艺对聚合沉积速率的影响

利用等离子体聚合的方法对两种有机单体(正丙醇和丙烯醇)进行了等离子体聚合,成功地在Si基体上沉积了高分子薄膜.利用XPS研究了薄膜的结构和不同工艺对沉积速度的影响.研究表明,随着功率的增加或工作气压的增加,沉积速率增加;偏压的增加使等离子体聚合的沉积速率减小.研究还发现,丙烯醇含有双键结构,其沉积速率比正丙醇大.     

弧流对Ti—Si—C膜层结构与性能的影响

电弧离子镀沉积膜层具有放电温度高、离化率高和沉积速率快等特点,可以在较低温度下促进Si—C成键,是获得含Si—C键膜层的一种经济实惠的方法。本文使用Ti—Si合金靶,在Ar和C₂H₂气体环境下,在铝合金衬底上制备了Ti—Si—C膜层,并分析和研究了不同弧流下沉积膜层的相组成、磨损和腐蚀性能。结果显示,不同弧流下沉积的膜层是由B1型TiC相、立方结构的SiC相和金属Ti相组成的复合结构;大弧流由于放电温度高,有利于膜层中Si—C键的形成.弧流增加,靶材蒸发速率加快,沉积膜层的厚度增加,同时,由于靶材附近单位时间内气化和离化的Si和Ti数量增加,沉积膜层中Si和Ti含量和增加而C含量降低.弧流增加,膜层中碳化物总含量减少,造成膜层摩擦系数逐渐增加而耐磨性降低,但膜层的耐腐蚀性能增加.适当弧流下的沉积膜层可获得优异的磨损和腐蚀综合性能.     

用PBII方法在硼膜中注入氮形成BN的结构

用电子束蒸发纯硼,在硅片上沉积不同厚度的硼膜,然后用等离子体基离子注入(PBⅡ)技术在硼膜上注入氮以形成氮化硼(BN).用XPS分析膜的成分深度分布及化学价态;用傅里叶变换红外(FTIR)透射谱分析膜的结构.氮在膜中呈类似高斯分布,随着注入电压增大, 膜的N/B比增大且影响氮在膜中的分布,在较高的注入电压时,膜基间产生界面混合.对XPS B1s谱进行Gauss-Lorentz拟合表明:硼在膜中以BN及游离态两种形式存在.FTIR分析结果表明:当注入电压较低,时间较短时,膜中存在非晶态形式的氮化硼(a-BN);增大注入电压及注入时间,向六方形式的氮化硼(h-BN)转化;原始硼膜的厚度小有助于h-BN的形成.     

等离子体浸没离子注入球形靶的鞘层尺度

对于等离子体浸没离子注入(PIII)技术,球形靶鞘层尺度预测对真空室设计、批量处理研究等是十分有用的。但由于球形靶鞘层Child-Langmuir定律数学表达的非线性使得工程应用较为困难。本文对球形靶的鞘层尺度进行了数值求解、讨论了注入参数对鞘层尺度的影响。计算结果表明,鞘层厚度(包括离子阵鞘层和稳态鞘层)随球体半径或注入电压增加而增加,随等离子体密度增加而减小。但对于不同的参数区间,鞘层特性对参数的变化表现出不同的敏感性。当等离子体密度较高、注入电压较低时,稳态鞘层厚度对于靶体半径的变化极不敏感。相反鞘层厚度对靶体大小变化较为敏感。虽然平面靶与球形靶的离子阵鞘层尺度比值与等离子体密度及球体半径有关,但平面靶稳态鞘层尺度总是大于球形靶的。这对于实际的PIII应用具有重要的指导意义。     

NbN沉积膜的抗腐蚀特性研究

利用磁过滤等离子体沉积技术在单晶Si和碳钢衬底上生长一层NbN沉积膜，用XPS，XRD和SEM对膜层进行测量和分析，结果表明，沉积膜为δ-NbN，沉积膜的质量与样品的衬底温度有关，衬底温度越高，生成的膜越致密，膜的表面越平整光滑，多次循环阳极极化扫描曲线测量表明，沉积样品的致钝电流密度（Ip)较碳钢降低（1－2）个数量级，抗腐蚀性能大 幅度提高。     

碳化硅涂层的离子注入沉积改性

采用全方位离子注入和沉积（Plasma Immersion Ion Implamation and Deposition，PⅢ＆D），在SiC涂层表面形成注入沉积改性层（改性元素A1和Si），观察了离子注入和沉积对涂层表面裂纹的封填情况，分析了离子注入和沉积后涂层表面的相组成，考核了离子注入和沉积对SiC-C／SiC材料抗氧化性能的影响。实验结果表明：注入AI再注入沉积Si改性后显著降低复合材料在1300℃空气中的氧化质量损失，提高了复合材料的抗氧化能力，边注入边沉积Al和同时全方位沉积AI和Si改性对复合材料抗氧化性能改善作用较小，边注入边沉积Si改性改善复合材料抗氧化性能的作用最小。     

等离子体浸没离子注入的二维元胞粒子法计算机模拟与剂量分布研究

采用二维元胞粒子模型（PIC），模拟了一个完整脉冲时段内，等离子体浸没离子注入平板靶的过程。重点研究了等离子体鞘层的时空演化规律，以及入射离子流密度、入射离子角度与能量的分布，由此得到了注入离子剂量在靶表面的分布。模型结果表明：等离子体鞘层的扩展先快后慢，且形状由椭圆柱形向圆柱形演化，对靶的保形性逐渐变差；注入离子剂量在靶表面的分布不均匀，在边角附近出现峰值；同时，在得到的入射离子信息基础上，对注入离子在改性层中的浓度深度分布研究表明，在靶的不同位置注入的离子在改性层中的浓度深度分布有显著差别，在靶边角处，注入离子的保留剂量很低，投影射程浅，浓度深度分布展宽较窄。     

靶基距对杂化离子镀TiCN薄膜结构和性能的影响

以基底与溅射碳靶之间的距离(靶基距)为变量参数,采用杂化离子镀技术在高速钢、硅片以及不锈钢片表面制备Ti CN薄膜。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、维氏硬度计、XP-2台阶仪分别对薄膜的物相结构、表面形貌、显微硬度、沉积速率进行表征,研究了靶基距对薄膜结构和性能的影响。结果表明,所制备的Ti CN薄膜具有晶体结构,膜层沿Ti CN(220)晶面择优生长;靶基距的增加会使薄膜的沉积速率逐渐增快,但薄膜中C的掺杂量、显微硬度则会随之下降,表面质量也不断变差。     

钼基体表面硅化物涂层的包埋渗法制备工艺和机理研究

目前,国内以NH4F为活化剂对钼基合金包埋渗硅,研究渗料组分对涂层沉积效率及作用机理的报道不多。为此,以NH4F为活化剂,研究并对比了不同活化剂含量下涂层的沉积效率,并通过热力学和动力学计算,分析了涂层沉积过程中活化剂的作用机理。结果表明:埋渗料配比按Si∶NH4F∶Al2O3=40∶10∶50于1 000℃下埋渗5 h,涂层厚度可达53μm,高于相同工艺下,以NH4Cl、NaF为活化剂的涂层沉积厚度。当埋渗硅含量充足时,包埋渗硅涂层具有2层结构,外层为MoSi2相,扩散层为Mo5Si3相。通过热力学分析知Mo5Si3较Mo3Si更为稳定,贫硅过渡区更易生成Mo5Si3相。包埋渗硅涂层的沉积受反应扩散过程控制。相同工艺条件下拟合的速率方程中,NH4F为活化剂所得速率常数值最大为18.5。该活化剂下埋渗的涂层,Si F2的平衡分压对涂层生长的气相扩散过程起控制作用,且Si F2的平衡分压均高于以NH4Cl、NaF为活化剂下Si X2(X=Cl,F)的平衡分压。     

射频磁控反应溅射制备Al2O3薄膜的工艺研究

采用射频磁控反应溅射法,以高纯Al为靶材,高纯O2为反应气体,在不锈钢和单晶Si基片上成功地制备了氧化铝(Al2O3)薄膜,并对氧化铝薄膜的沉积速率、结构和表面形貌进行了研究.结果表明,沉积速率随着射频功率的增大先几乎呈线性增大而后缓慢增大;随着溅射气压的增加,沉积速率先增大,在一定气压时达到峰值后继续随气压增大而减小,同时随着靶基距的增大而减小;随着氧气流量的不断增加,靶面溅射的物质从金属态过渡到氧化物态,沉积速率也随之不断降低.X射线衍射图谱表明薄膜结构为非晶态;用原子力显微镜对薄膜表面形貌观察,薄膜微结构为柱状.     

金属等离子体浸没离子注入改善9Cr18轴承钢表面耐磨性的研究

采用新改进的阴极弧金属等离子体源 ,对 9Cr18轴承钢进行了金属等离子体浸没离子注入 (PIII)处理。首先将Ti,Mo和W离子分别注入到 9Cr18钢的表面 ,然后再对其进行N等离子体浸没离子注入 ,从而在 9Cr18钢表面形成了一层超硬耐磨的改性层。对PIII处理后的试样进行了显微硬度和磨损特性测试 ,结果表明 ,经PIII处理后的试样表面的显微硬度和耐磨性显著提高 ,而其中经Ti和Mo注入再进行N离子注入的试样效果更为明显。与仅进行N离子注入的试样相比 ,金属加N离子注入的试样表面耐磨性提高幅度更大 ,表明金属PIII在改善 9Cr18钢表面性能方面具有广阔的应用前景。XPS分析结果表明 ,PIII处理后试样表面形成了超硬的氮化物相 ,它们在改善材料表面特性中起到了重要的作用。     

PEM控制中频孪生反应磁控溅射沉积TiO2薄膜的研究

在中频孪生靶反应磁控溅射实验装置上,用PEM控制沉积TiO2薄膜,实验了靶基距、电流与沉积速率的关系。实验得出,靶基距为112 mm时沉积速率最大,沉积速率与电流基本成线性比例关系。在溅射电流30 A,靶基距112 mm,设置点2.5时,测量了基片随时间的温升变化。然后以自然温升的单晶硅为基片,实验研究了设置点对TiO2薄膜晶体结构、折射率的影响。实验结果表明,设置点越高溅射沉积的薄膜金红石相越多,折射率也越高。     

用PBⅡ方法在硼膜中注入氮形成BN的结构

用电子束蒸发纯硼,在硅片上沉积不同厚度的硼膜,然后用等离子体基离子注入（ＰＢⅡ）技术在硼膜上主入氮以形成氮化硼（ＢＮ）,用ＸＰＳ分析膜的成分深度分布及化学价态;用傅里叶变换红外（ＦＴＩＲ）透射谱分析膜的结构。氮在膜中呈类似高斯分布,随着注入电压增大,膜的Ｎ／Ｂ比增大且影响氮在膜中的分布,在较高的注入电压时,膜基间产生界面混合,对ＸＰＳＢｌｓ谱进行Ｇａｕｓｓ－ｏｒｅｎｔｚ拟合表明,硼在膜中以ＢＮ及游