非平衡磁控溅射二维磁场分布模拟计算

磁场结构在磁控溅射技术中起着重要的作用。本文利用ANSYS软件模拟计算磁场的磁感应强度及其分布,并分析、比较不同方案中的磁场分布变化规律。计算结果与实测值吻合,并且显示随着与靶面距离的增加磁感应强度减弱的特征,其中在双靶磁场并顶部磁场只有S极的结构中,磁场中磁感应强度最强。     

电磁阴极磁场分布对磁控溅射系统伏安特性的影响

本文设计了一种新型圆形平面阴极磁控溅射源.该源具有独特的三极线圈结构,改变各线圈励磁电流可调节靶面磁场强度的大小和分布.通过对系统气体放电伏安特性随各线圈励磁电流大小变化规律的分析,以及对距靶面60mm基片台处等离子体束流密度大小和分布的测试,探讨了阴极磁场分布对磁控溅射系统伏安特性的影响.实验结果表明阴极磁场分布模式对气体放电稳定性和等离子体分布影响显著,当阴极磁场呈现收敛型分布时,二次电子被紧密束缚在靶面附近,降低了基片台附近等离子体束流密度,却增大等离子体束流径向分布均匀性.调节非平衡线圈励磁电流,在附加磁场的作用下,阴极磁场呈现发散型分布,二次电子被引向基片台附近,使得基片台附近等离子体束流密度显著增加但径向均匀性变差.     

外加磁场对磁控溅射过程及薄膜物性的影响

通过在放电空间中引入垂直基片方向有梯度的磁场,使得利用普通的平面磁控溅射技术可以方便地制备磁性薄膜。与此同时,磁性薄膜的许我物理性能发生了变化。这种变化还出现于非磁性靶的情况中。本工作对有、无磁场时溅射的过程与结果作了比较,包括自偏压值,薄膜结晶状况,薄膜磁性能的变化等等。通过比较认为,带电粒子在放电空间中的特殊磁场位形中的运动是变化的根本原因。     

外加磁场对磁控溅射靶利用率的影响

通过在基片上直接放置一块永久磁铁来研究外加磁场对磁控溅射靶利用率的影响。实验发现，外加磁场的引入改变了靶表面附近的磁场分布，因而靶的刻蚀环的位置、宽度和深度均发生了明显的变化，靶的利用率在S—S构型和S—N构型中均比无外加磁场时要高。利用空间模拟磁场成功的解释这一实验现象。在S—S构型和S—N构型中，后靶的刻蚀深度轮廓线比较平坦，相对刻蚀深度值更大，更能有效地提高靶的利用率。     

磁控溅射靶磁场的有限元模拟分析

磁控溅射靶面磁感应强度的水平分布直接关系到靶材的利用率和刻蚀的均匀性,为了寻求更好的磁控靶结构参数,从而实现靶面水平磁感应强度的均匀分布,本文应用COMSOL软件对JGP450C型磁控溅射镀膜机的圆平面靶表面磁感应强度进行了模拟分析计算,得到了靶面水平磁感应强度较强、分布较均匀的磁铁结构参数。     

非平衡磁控溅射中调制磁场的作用

研究了调制磁场对于非平衡磁控溅射系统的作用，调制磁场可以使非平衡磁控溅射形成具有较高等离子体密度的等离子体束流，延伸到靶前110mm以上。在靶前60-110mm的位置上，收集电流密度高达9-10mA/cm^2，收集的电流密度比常规的磁控溅射方法高9倍以上，在调制磁场作用下磁控溅射沉积铜薄膜的沉积速率可以增加到14倍。     

旋转式圆柱形磁控溅射靶的磁场计算

类似于矩形平面溅射靶的磁场和旋转式圆柱形的靶筒组成旋转式圆柱形磁控溅射靶。与常规的圆柱形磁控溅射靶相比较，该旋转式靶提高了靶材利用率和膜厚均匀度。本文介绍了旋转式圆柱形靶的结构和磁场计算方法，给出了计算公式、数据及其特性曲线。强度适度和均匀分布的磁场，保证了溅射靶的工作性能，并为靶结构的设计提供了依据。     

基片表面的磁场对磁控溅射法制备Fe—N薄膜特性的影响

利用反应磁控溅射方法制备了Fe-N薄膜,发现未退火的薄膜基本处于非晶或微晶状态,退火或在沉积时对基片施加一磁场,可使晶粒变大,并出现大对应内部存在应力的γ－Fe4N的（110）界面的择优取向,特别是外加的磁场使得Fe-N薄膜具有明显改善的磁性能,作利用磁场中带电粒子受约运动的观点解释了这一现象。     

有开放约束磁场磁控溅射系统等离子体引出

在磁控溅射系统阴极靶施加同轴可调约束磁场显改善了系统放电特性。研究了在心气放电系统伏安特性随不同的气压、溅射电压变化规律。采用同轴平面探针诊断距阴极60mm、110mm和230mm三个不同位置收集电流密度，负偏压150V。实验结果表明存在不同的开放约束磁场和气压下放电特性符合I∝V^n(n≈1．2-1．5)，开放约束磁场降低了系统的放电电压，增强了等离子体的引出效果，提高了系统在较低真空度的放电稳定性。轴向开放约束磁场显提高了收集电流密度，离子收集通量在距阴极230mm的位置达到9．5mA／cm^2。收集电流密度达到饱和值后不再受轴向开放约束磁场强度和工作电流的影响。根据磁流体理论讨论了引起系统中伏安放电特性的变化原因。     

圆柱旋转双面矩形磁控溅射靶磁场的设计计算

本文提出一种新型的圆柱旋转双面矩形磁控溅射靶,它具有平面磁控溅射靶的优点.根据靶的结构与工作原理,给出了圆柱双面矩形磁控靶磁场强度计算数学模型及计算公式.依据该计算方法,对具体的靶进行了计算机编程计算,并根据计算结果绘制出了靶磁场分布曲线.计算结果表明圆柱双面矩形磁控靶的磁场分布比较均匀,磁场强度满足磁控溅射功能的需要,其靶的溅射刻蚀区可宽达40°角的范围.从而提高了膜层的沉积速率及膜层沉积范围,改善了同轴圆柱形磁控靶由于环状磁场所引起的膜层不够均匀及靶材利用率低的问题,可以在靶磁场两侧的大面积平面基片上沉积出膜厚均匀的涂层.     

磁控溅射技术新进展及应用

主要简介了磁控溅射技术的基本原理、基本装置、近年来出现的新技术(多靶磁控溅射技术、磁场扫描法、非平衡磁控溅射、脉冲磁控溅射技术、磁控溅射技术与其它成膜技术相结合等),以及国内外利用磁控溅射技术在多层膜和化合物薄膜制备方面取得的一些成果.     

钛阳极磁控溅射钽的工艺研究

涂层钛阳极在使用中会因氧化而失效.为了开发新型的涂层钛阳极,进行了磁控溅射钽作钛阳极底层的研究.通过改变溅射功率、氩气压力及溅射时间,对不同工艺条件下沉积的钽膜进行了分析.用XRD分析了溅射层的成分及相结构;通过SEM,AFM观察了钽膜的微观形貌和颗粒尺寸;用拉开法测定了钽膜的附着力.综合分析了影响钽膜质量的因素,推荐磁控溅射3～4靘钽膜的优化工艺为:功率100～130 W,氩气压力0.1～0.3 Pa,溅射时间45～50 min.钽膜作为底层可提高二氧化铅阳极的使用寿命40倍以上.     

直流磁控溅射研究进展

直流磁控溅射是重要的物理气相沉积技术,广泛应用在工业生产和科学研究中.主要评论了近年来直流磁控溅射技术在溅射机理和非平衡闭合磁控靶等方面取得的重要进展,并评述了脉冲磁控模式和基于闭合磁场直流磁控溅射沉积涂层的结构区域模型.直流非平衡磁控溅射是直流磁控溅射技术中的重要里程碑,使磁控溅射技术直接过渡到离子镀阶段,而脉冲磁控溅射技术为稳定沉积高质量的非导电涂层作出了重要的贡献.     

外加磁场对磁控溅射靶利用率的影响

通过在基片上直接放置一块永久磁铁来研究外加磁场对磁控溅射靶利用率的影响。实验发现 ,外加磁场的引入改变了靶表面附近的磁场分布 ,因而靶的刻蚀环的位置、宽度和深度均发生了明显的变化 ,靶的利用率在S S构型和S N构型中均比无外加磁场时要高。利用空间模拟磁场成功的解释这一实验现象。在S S构型和S N构型中 ,后者靶的刻蚀深度轮廓线比较平坦 ,相对刻蚀深度值更大 ,更能有效地提高靶的利用率     

磁控溅射羟基磷灰石薄膜的研究现状与展望

羟基磷灰石是具有良好生物相容性的骨修复和替代材料.介绍了用磁控溅射法制备羟基磷灰石薄膜的研究现状,由实验机理和薄膜的性能表征分析了影响薄膜质量的因素,并讨论了制备过程中存的一些问题以及今后的发展方向.     

磁控溅射制备铁掺杂氮化铜薄膜的研究

采用反应磁控溅射法在氮气分压0.5Pa、基底温度100℃条件下,在玻璃基底上分别制备了氮化铜薄膜和铁掺杂氮化铜薄膜.XRD显示氮化铜薄膜择优(111)晶面生长,铁掺杂使氮化铜薄膜的结晶程度减弱.AFM显示铁掺杂使氮化铜薄膜粗糙度增加.铁掺杂不同程度地提高了氮化铜薄膜的沉积速率和电阻率.     

工作参数对磁场增强高功率脉冲磁控溅射放电特性的影响

研究磁场增强高功率脉冲磁控溅射技术的放电特性在不同工作参数下的演变规律。利用数字示波器采集HiPIMS的基体离子电流用于表征其放电特性的变化。结果表明:靶放电电压不同时基体离子电流对工作气压的响应不同, 较低靶电压时基体离子电流平均值随工作气压的增加逐渐增加;而较高靶电压时基体离子电流平均值随工作气压增加迅速增加后趋于稳定。基体离子电流随基体偏压的变化表现出两个特征, 较低基体偏压时的基体离子电流在脉冲开始阶段呈现出较强的电子流波段, 而基体偏压较高时则未出现电子流。不同脉冲频率及靶电压下的基体离子电流的波形形状大致相似, 但当处于较高靶电压时存在一个明显特征, 即当脉冲结束后离子流会出现一个尖锐峰值。随脉冲宽度的增加, 基体离子电流负向电子流和正向离子流均逐渐增大。     

脉冲磁控溅射氮化铬薄膜及其性能研究

采用新型脉冲磁控溅射技术制备了一系列氯化铬膜，对所制备的不同厚度薄膜进行了AFM和SEM形貌等分析．测定了薄膜的膜基结合强度和硬度，并对薄膜的摩擦学性能进行了研究。结果表明：通过使用铬过渡层可以提高膜基结合强度，镀层厚度对镀层摩擦学性能有影响，膜厚为1200nm的氯化铬膜试样显示出来高硬度、低摩擦系数和良好的抗磨性。