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learzheng新蟲 (初入文壇)
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[交流]
HiPIMS等離子體“稀薄效應”--新鉑科技
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高功率脈沖磁控濺射(HiPIMS)通過脈沖電源的低占空比（1-10%），得到瞬時高峰值電流，從而能夠獲得比常規(guī)磁控濺射高三個數(shù)量級輝光，輝光放電期間也伴隨著一系列特別的現(xiàn)象，如“等離子體稀薄效應”。 稀薄效應最早由Rossnagel和Hoffman[1][2]提出，在磁控濺射過程中，用氣壓測試探頭測試靶面等離子體產(chǎn)生過程中氣體密度下降的現(xiàn)象。解釋這種現(xiàn)象是由于氣體被高能碰撞原子加熱所致，特別是在HiPIMS濺射過程中，高的峰值電流產(chǎn)生，大量的熱量，使得靶面氣體快速升溫，膨脹稀薄化。Kadlec[3]通過Montec Carlo模擬靶面稀薄現(xiàn)象，如圖1所示；在HiPIMS濺射過程中，在脈沖啟動的幾微米內(nèi)，空氣稀薄效應非常強，模擬得出在20us之后濺射的金屬離子遠遠超出氣體密度，而且以金屬離子為主；從OES實際測量不同電流密度放電下，金屬與氣體粒子變化過程，如圖2所示[4]，證實稀薄效應存在； (a) 探測到金屬離子種類增加，隨著峰值電流增加，Cr離子持續(xù)增加，而氣體粒子變化不大； (b) 電流增加，金屬離子和離子持續(xù)增加； (c) 隨著電流密度繼續(xù)增加到1.6Acm-2，Ar粒子信號開始下降，證實了稀薄效應存在； (d) 峰值電流進一步增加，稀薄效應被證實，Ar離子和粒子持續(xù)下降。 圖片 圖1 稀薄模型模擬出在靶刻蝕區(qū)域前面隨著脈沖時間變化Ar氣體密度變化過程 圖片 圖2 OES探測不同電流密度下金屬粒子與氣體粒子變化過程 HiPIMS放電中等離子體“稀薄效應”的存在，使得氣體粒子和金屬離子在時間上存在分離，為后續(xù)HiPIMS工藝中分離氣體離子和金屬離子提供可能，更加方便調(diào)控純金屬離子來制備膜層工藝。 參考文獻： [1] S.M. Rossnagel, H.R. Kaufman, J. Vac. Sci. Technol. A 5 (1987) 2276 [2] D.W. Hoffman, J. Vac. Sci. Technol. A 3 (1985) 561. [3] S. Kadlec, Plasma Processes Polym. 4 (2007) S149. [4] J. Alami, K. Sarakinos, G. Mark, M. Wuttig, Appl. Phys. Lett. 89 (2006) 154104. |
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