2kA高功率脈沖磁控濺射電源研制及Cr-DLC薄膜制備.pdf

1、由于高的金屬離化率，高功率脈沖磁控濺射(HPPMS)技術(shù)制備的薄膜結(jié)構(gòu)致密，性能優(yōu)異。對于大型磁控靶，HPPMS峰值功率可以提高到兆瓦級，脈沖電流可以達(dá)到幾千安，這對于工業(yè)應(yīng)用中大型工件的薄膜制備以及沉積效率都有著重要意義，而高壓大電流電源是實現(xiàn)HPPMS的關(guān)鍵技術(shù)。
　　本文首先研制了一臺脈沖峰值功率4MW，脈沖峰值電流2kA高功率脈沖磁控濺射電源，采用pspice軟件對電源進行仿真分析并進行等離子體實際負(fù)載測試，并用所研制的電

2、源進行大電流下等離子體放電特性研究。然后用所研制的電源在不銹鋼和Si(100)上沉積性能優(yōu)異的Cr-DLC薄膜，分別研究不同Ar/C2H2流量比、復(fù)合直流、基體負(fù)偏壓和頻率脈寬對薄膜微觀結(jié)構(gòu)和性能影響。
　　電源仿真分析和等離子體負(fù)載測試表明，所研制的電源達(dá)到設(shè)定的要求，仿真結(jié)果和實際測試差別不大，電源運行穩(wěn)定。等離子體放電特性研究表明，在大型靶材上靶電流脈沖峰值達(dá)到1600A，氣體和金屬離化率均大幅提高。靶電流隨靶電壓、工作氣壓

3、和脈寬的增大而增大，隨頻率的增大而降低。
　　所制備的Cr-DLC薄膜厚2|ìm，膜厚均勻。薄膜表面光滑平整，薄膜致密。AFM測試發(fā)現(xiàn)薄膜表面平均粗糙度隨復(fù)合直流的增大而顯著增大，隨 C2H2流量的增大而減小，并由島狀生長模式向?qū)訝钅Ｊ睫D(zhuǎn)變。XRD分析表明，薄膜中存在Cr3C2(215)相，當(dāng)偏壓增大，其衍射峰強度顯著增大。Raman光譜分析表明薄膜具有典型的DLC膜特征，隨C2H2流量增大，ID/IG減小。當(dāng)復(fù)合直流為0.5A時

4、，sp3相對含量最大。XPS分析表明，薄膜中主要含有 Cr、C、O元素，Cr元素主要存在于金屬Cr和Cr3C2中。隨C2H2流量增加，薄膜中C含量從68.72％增大到81.26%，相應(yīng)的Cr含量從11.52%降低到1.72%；當(dāng)Ar/C2H2為10/5時，sp3雜化態(tài)中C含量最高，達(dá)到46.8%。
　　納米硬度表明薄膜硬度在18GPa和26GPa之間。薄膜有優(yōu)異的摩擦性能，摩擦系數(shù)最小為0.1，磨痕形貌淺且光滑平整。摻Cr后DLC