不同磁場組態(tài)的Cr磁控濺射等離子體的診斷與分析.pdf

1、本文采用Langmuir探針診斷并表征了三種等離子體參數(shù)(離子密度、電子密度和電子溫度)在不同磁場組態(tài)(不同非平衡度及不同閉合狀態(tài))條件下在放電空間內(nèi)的分布規(guī)律。比較了離子密度分布與鍍層厚度(徑向)分布的對應(yīng)關(guān)系,研究了不同非平衡度和不同閉合狀態(tài)的磁場對等離子體分布規(guī)律的影響差異及其原因,分析了由磁場參量改變而引起的等離子體分布差異對Cr鍍層微觀形貌的影響。研究結(jié)果表明：對于單一非平衡磁控管放電時(shí)(K為4.46),x為0mm處(正對靶材

2、表面中心)的等離子體密度沿靶基距方向逐漸降低(離子密度由r為30mm處的7.41×1016/m3降至r為210mm處的3.41×1016/m3；電子密度由r為30mm處的2.58×1016/m3降至r為210mm處的1.09×1016/m3),與該處鍍層厚度沿該方向的變化規(guī)律相似。不同非平衡度磁控管的放電等離子體參數(shù)在距離靶材表面較近區(qū)域有明顯差異(K為2.78時(shí)等離子體密度比K為6.41時(shí)更大),尤其在x為21.5mm處(靶材表面刻蝕

3、槽最深位置)的30mm至70mm間更為明顯(K為2.78時(shí)該測量區(qū)間的離子密度為8.79×1016/m3-4.19×1016/m3,電子密度為2.98×1016/m3-1.12×1016/m3,電子溫度為5.64ev-2.44ev；K為6.41時(shí)該測量區(qū)間的離子密度為4.06×1016/m3-4.05×1016/m3,電子密度為9.81×1015/m3-6.75×1015/m3,電子溫度為1.22ev-1.03ev),這使Cr鍍層表面形

4、貌在靶基距較近處差異明顯而在靶基距較遠(yuǎn)處差異微弱。距離靶材表面較近處(60mm)的試樣因能受到高密度離子轟擊而產(chǎn)生的基片溫升,可促進(jìn)沉積粒子的擴(kuò)散,利于鍍層表面晶粒融合、長大,提高鍍層表面致密性,過高的離子密度(K為2.78時(shí))則會(huì)因熱應(yīng)力而降低鍍層表面的致密性；但從單一非平衡磁控管條件下制備的鍍層截面觀察其皆為柱狀生長,說明離子轟擊提供的基片溫升對于沉積粒子克服“陰影效應(yīng)”仍顯不足。磁場閉合狀態(tài)時(shí)可以比磁場不閉合狀態(tài)更顯著地提高真空腔

5、內(nèi)等離子體密度,并使之在軸向各測量點(diǎn)(d分別為0mm、40mm、80mm、120mm、160mm)均沿靶基距方向逐漸增大(160mm處例外),但仍與厚度沿該方向的變化規(guī)律相反(如d為0mm,離子密度在r為70mm至205mm之間由3.04×1016/m3增至1.09×1017/m3,電子密度由1.07×1016/m3增至6.41×1016/m3)。提高的等離子體密度強(qiáng)化離子轟擊效果,促進(jìn)沉積粒子充分?jǐn)U散,以使Cr鍍層表面致密平整,并使截