HiPIMS室温溅射晶态氧化铝薄膜的粒子能量调控

晶态氧化铝薄膜与非晶态相比,具有更加优良的力学性能和宽波段光学透过性能。基于等离子体发射光谱(OES)反馈控制方法(PEM),引入高能脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术,实现了室温条件下晶态γ-Al2O3薄膜的快速制备。采用高压探针、电流探针传感器和数字示波器监测HiPIMS的放电特性,采用等离子体发射监测器进行时间平均的OES研究,采用X射线衍射仪和扫描电镜分析薄膜的晶相结构、晶粒尺寸及断面形貌,采用纳米压痕仪测试薄膜的纳米硬度和模量。结果表明,HiPIMS条件下的成膜环境出现大量的离子态,主要包括AlⅡ、ArⅡ甚至高价态粒子OⅣ参与反应。随着溅射电压由650V增加至800 V,晶粒逐渐细化,由18 nm减小到8 nm,同时沉积速率从27 nm/min增加到55 nm/min。基体偏压对薄膜的沉积速率,微结构以及力学性能等方面均有显著的影响。随着基体偏压的增加,γ-Al2O3的择优取向由(422)转变为(311),薄膜在偏压Us=-100 V条件下获得了最高硬度19.3 GPa。通过对成膜粒子能量的设计与调控,进一步优化了薄膜的结构和性能,为功能薄膜氧化铝的大规模产业化奠定良好的应用基础。

资料为PDF文档格式.

本文档关键词:薄膜,粒子,能量,调控,晶态