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技術(shù)知識(shí)

HiPIMS反應(yīng)濺射特性

引言

HiPIMS電源在高致密性硬質(zhì)涂層中有很好工業(yè)化利用,但是光學(xué)應(yīng)用中的案例還不多,本文將介紹HiPIMS反應(yīng)濺射模式下的特性。


點(diǎn)睛

在反應(yīng)濺射中,DCMS存在靶面中毒現(xiàn)象,MF濺射雖然能一定程度解決靶材中毒現(xiàn)象,但是制備膜層的致密度及折射率與塊材相比,還有提升空間;

HiPIMS濺射技術(shù)是否能解決靶面中毒的同時(shí),獲得高速及高致密度膜層。


內(nèi)容

綜合研究HiPIMS反應(yīng)濺射Al2O3和ZrO2之后[1],相較于DCMS濺射存在遲滯和過(guò)渡區(qū)不穩(wěn)定現(xiàn)象,DCMS中明顯存在O2進(jìn)氣遲滯現(xiàn)象,在過(guò)渡區(qū)氧含量窗口期非常窄,如圖1所示。而HiPIMS反應(yīng)濺射的過(guò)程不存在遲滯現(xiàn)象,即使在過(guò)渡區(qū)也能穩(wěn)定濺射,在優(yōu)化氧進(jìn)氣量時(shí),濺射速率還能比DC濺射速率有所提升;

HiPIMS反應(yīng)濺射特性

圖1、DC及HiPIMS反應(yīng)濺射氧化鋁沉積速率對(duì)比圖


HiPIMS反應(yīng)濺射和DCMS相比,即使材料的濺射量是相同的,但是HiPIMS的濺射速率更低,主要是因?yàn)镠PPMS濺射的膜層更加致密導(dǎo)致的。

HiPIMS反應(yīng)濺射在加氧和減氧測(cè)試中不存在遲滯回線的原因有:1、在脈沖階段有高的刻蝕靶材的速率,而在關(guān)閉脈沖階段靶表面沒(méi)有反應(yīng)物產(chǎn)生,不會(huì)使靶材中毒。2、通常HiPIMS靶電壓很高,將導(dǎo)致高的化學(xué)濺射產(chǎn)額,即使靶表面有不導(dǎo)電化合物也能被刻蝕掉。3、同樣的氣體稀薄現(xiàn)象不僅影響Ar,還會(huì)影響到反應(yīng)氣體使得在電離之后出現(xiàn)反應(yīng)氣體稀薄,如圖2所示;在脈沖時(shí)間內(nèi),Ti離子持續(xù)增加,而Ar或者O離子在最初脈沖5-10us內(nèi)是逐漸增加,隨后隨著氣體稀薄效應(yīng)而下降;這種金屬離子增加和氣體離子產(chǎn)生時(shí)間上的錯(cuò)開(kāi),將有利于反應(yīng)濺射制備化合物。

HiPIMS反應(yīng)濺射

總結(jié)

1)HiPIMS反應(yīng)濺射在加氧和減氧測(cè)試中不存在遲滯回線

2)HiPIMS中高的金屬離化率和高電壓都有利于反應(yīng)濺射過(guò)程,獲得致密光學(xué)涂層


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