不同磁控溅射工艺对纳米晶TiN薄膜微观结构与力学性能的影响

对比研究了直流磁控溅射（dcMS）、高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）和调制脉冲磁控溅射（MPPMS）所沉积纳米晶TiN薄膜的组织结构与力学性能。结果表明,因dcMS溅射粒子离化率与动能均较低,薄膜表现为存在少量空洞的柱状晶结构,薄膜力学性能差、沉积速率为51 nm/min。HPPMS因具有较高的瞬时离化率和较低的占空比,薄膜结构致密而光滑,性能得到了显著改善,但平均沉积速率较低,仅为25 nm/min。通过MPPMS技术可大范围调节峰值靶功率和占空比,从而得到较高的离化率和平均沉积速率,薄膜结构致密光滑、力学性能优异,沉积速率达45 nm/min,接近dcMS。     

双级高功率脉冲磁控溅射N2流量对TiN镀层结构及性能的影响

研究提出一种新型的双级高功率脉冲磁控溅射技术,通过合理调配双级脉冲电场参数在不同N2流量条件下制备了TiN镀层并对其微观结构及性能进行分析。结果表明,随着N2流量由10 sccm逐渐增加至40 sccm时,TiN镀层的择优取向由（111）晶面逐渐转变为（220）晶面、表面形貌由多方向棱角的锥状结构转变为紧密结合的圆胞状结构,镀层均呈现柱状晶的生长方式且平均晶粒尺寸为纳米级,当氮气流量为20 sccm时镀层N/Ti原子比最接近标准值1,镀层组织结构最为致密且具有最优的力学性能和膜基结合性能;同时,利用新型的双级高功率脉冲磁控溅射技术可有效改善传统高功率脉冲磁控溅射平均沉积速率较低的技术缺憾,当N2流量为20 sccm时可达到46.35 nm/min。