中频脉冲直流磁控溅射放电机理与镀膜应用

近几年来，中频脉冲直流磁控溅射在镀膜工艺中得到了越来越多的应用。脉冲电压的幅值、频率、占空比和极性对放电等离子体密度、能量等特征参数有着很大影响，而等离子体特征参数又进一步对镀膜速率、薄膜结构和特性产生影响。因此，对于中频脉冲磁控溅射的放电机理进行研究，对于提高镀膜速率和薄膜质量具有十分重要的意义。然而，目前对中频脉冲磁控溅射的放电机理探讨明显不足。本课题拟以制备Cu薄膜和ZnO薄膜为例，采用理论分析、等离子体仿真、放电特性测量和薄膜特性测量相结合的手段，重点对电源参数对放电特性的影响，以及等离子体参数对薄膜结构和特性的影响展开研究。在此基础上，对电源参数和磁场、基板偏压等其他参数的配合进行优化。

中频脉冲直流磁控溅射可广泛用于高质量薄膜制备工艺。脉冲电压的幅值、频率、占空比和极性对放电等离子体密度、能量等特征参数有着很大影响，而等离子体特征参数又进一步对镀膜速率、薄膜结构和特性产生影响。因此，对于中频脉冲磁控溅射的放电机理进行研究，对于提高镀膜速率和薄膜质量具有十分重要的意义。本项目在对中频脉冲直流磁控溅射放电机理研究的基础上，建立了中频脉冲直流磁控溅射放电等离子体仿真模型，对脉冲放电等离子体参数进行了仿真，进一步基于时间分辨朗缪尔探针系统和光谱仪完成了对等离子体参数和发射光谱的测试，最后以制备Mo、AZO和ITO薄膜为例，对工艺参数对薄膜特性的影响进行了研究。.本项目的主要研究工作和成果如下：.(1) 对中频脉冲直流磁控溅射的放电机理进行了更为深入的研究。研究发现，在从脉冲开启到脉冲关闭转变的过程中，靶材附近高能电子增加，可抑制电弧产生；基片附近高能离子增加，可增加对基片的轰击。.(2) 建立了单极和双极脉冲直流磁控溅射放电等离子体仿真模型，完成了脉冲放电等离子体的模拟和分析工作。基于等离子体仿真，得到了放电空间不同位置电子和离子密度、能量，电势和电场分布随时间的演化规律。.(3) 建立了较完整的脉冲直流磁控溅射装置的磁场与放电等离子体分析软件。软件可对不同结构和尺寸的磁控溅射装置的磁场和放电等离子体进行仿真。.(4) 构建了脉冲直流磁控溅射放电等离子体特性测试平台，基于时间分辨朗缪尔探针系统和光谱仪分别进行了等离子体参数和发射光谱的测试，并分析了工艺参数对等离子体参数和发射光谱的影响。.(5) 构建了脉冲直流磁控溅射镀膜平台，进行了Mo、AZO和ITO几种薄膜的制备工作，并分析了工艺参数对薄膜电阻率和形貌的影响；实验发现，电源频率对薄膜方阻的影响比较明显，而占空比对薄膜方阻的影响则比较小。.(6) 新提出一种永磁电磁复合式磁控溅射装置，可实现磁场强度和平衡度的灵活调节，从而应用于不同靶材材料的镀膜工艺，并提高薄膜质量和靶材利用率。