【摘 要】
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高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)制备的TiN 薄膜性能优异、应用广泛,但存在沉积速率低[1],残余应力高[2]两个问题.为了解决这两个问题,本文采用HPPMS 技术,在不同靶面磁场强度(40 和115 mT)和溅射气压(0.2,1.0 和2.0 Pa)下反应溅射沉积TiN薄膜.利用示波器和原子发射光谱研究了TiN 薄膜沉积过程中的靶材放电属性和等离子体组分,采用台阶仪、X 射线衍射技术(XRD)、
【机 构】
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西南交通大学材料科学与工程学院,四川成都,610031
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高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)制备的TiN 薄膜性能优异、应用广泛,但存在沉积速率低[1],残余应力高[2]两个问题.为了解决这两个问题,本文采用HPPMS 技术,在不同靶面磁场强度(40 和115 mT)和溅射气压(0.2,1.0 和2.0 Pa)下反应溅射沉积TiN薄膜.利用示波器和原子发射光谱研究了TiN 薄膜沉积过程中的靶材放电属性和等离子体组分,采用台阶仪、X 射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、超显微硬度计、原子力显微镜(AFM)、划痕仪等评价方法,研究了靶面磁场强度和溅射气压对TiN 沉积速率和薄膜性能的影响.研究结果表明：降低靶面磁场强度(115 mT 降为40 mT),基片前靶材离子/原子比值可以提高三倍,沉积速率最大可以提高5.5 倍,TiN 薄膜(111)择优取向程度、硬度和膜基结合力均得到显著提高；随着溅射气压增大,薄膜残余应力显著降低(当靶面磁场为40 mT 时,应力从8.5 GPa 降为0.8 GPa),膜基结合力显著增大.相比之下,低的磁场可以获得更高的离子原子到达比,从而提高离子轰击数目.而高的溅射气压可以有效降低平均自由程,使到达基片的离子能量降低.因此低靶面磁场强度和高溅射气压(40mT 和2.0 Pa)下采用HPPMS 可以制备出具有低残余应力、高沉积速率、硬度和膜基结合力的TiN 薄膜.
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