磁控溅射等离子体行为对TCO薄膜结构性能影响机理

磁控溅射制备透明导电氧化物（TCO）薄膜有着等离子体稳定、薄膜与机体结合力好、操作简便优点，但TCO薄膜的性能对溅射工艺参数十分敏感。磁控溅射驱动电源是关键工艺参数之一，它能过影响溅射等离子体行为特征，直接影响TCO薄膜性能。如射频驱动电源的使用，可大大增加电子与原子碰撞机率，因而提高等离子体离子化密度，但溅射速率低；脉冲直流驱动产生的溅射等离子体能量较高，溅射速率快，操作简便。对于TCO，射频比脉冲直流溅射制备的薄膜导电性更好。为回答磁控溅射的等离子体行为如影响薄膜性能这一问题，拟对射频及脉冲直流驱动下的磁控溅射等离子体行为模拟计算，并制备TCO薄膜，研究等离子体行为对TCO薄膜结构性能影响规律。另外，联合射频及脉冲直流，在高等离子体密度下高效制备TCO薄膜，是改进磁控溅射工艺的一个新思路。本课题也将通过模拟计算及薄膜制备明确联合驱动下等离子体行为对薄膜结构性能影响机理。

摘要：.“磁控溅射等离子体行为对TCO薄膜结构性能影响机理”的研究中，着重研究了：1）磁控装置的磁场配置、不同驱动电源、基体前加前阳极、热丝增强等离子体条件下到达基体的电流密度及电极电位；2）不同磁控配置下，由于基体的电流密度及电极电位差对薄膜结构及性能的影响，包括在玻璃基体及石墨烯/PET基体上的透明导电氧化物薄膜。.研究表明：封闭非平衡磁场可有效提高镀膜真空腔的等离子体密度及均衡分布，但对大直径真空腔作用有限；直流驱动电源在基体上产生的漂移电位最高,可达40V以上，脉冲直流次之，射频最低，小于10V，但射频磁控溅射在基体上的电流密度最高；基体前加前阳极可有效抑制等离子体中负离子对基体的轰击；热丝放电是有效增加真空室中等离子体密度的有效手段。.研究还表明：基体偏压增加，使到达基体的离子能量增高，薄膜结构则由择优取向明显转向多个晶体取向面共存；基体偏流增加，则表明到达基体的离子密度增加，也有利于得到均匀致密的薄膜。对于透明导电氧化物薄膜而言，薄膜的择优取向明显、薄膜晶格畸变减小、薄膜内应力下降，均可提高薄膜的中带电粒子的活动能力，使导电性能提高且不损害透光性能。在基体前加前阳极，使到达石墨烯的负氧离子减少，但即使这种情况下在石墨烯上制备透明导电氧化物薄膜也会严重降低其导电性能。热丝增强磁控溅射则更适合制备硬质薄膜，适当的基体偏压加之增强的基体电流密度是得到韧性、硬度、耐磨性综合性能良好的硬质薄膜的条件。