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不平凡的釩靶HiPIMS（放電區(qū)直徑約３０ｍｍ放電電流達(dá)１４０Ａ）
金屬釩（V）作為一種高熔點(diǎn)的稀有金屬材料，常與鈮、鉭、鎢、鉬并稱為難熔金屬。金屬釩具有耐鹽酸和硫酸的性能，并且耐氣-鹽-水腐蝕的性能要比大多數(shù)不銹鋼好。在某些特殊的重要場(chǎng)合，金屬V薄膜常被用來(lái)作為高溫隔離防護(hù)涂層，因此開(kāi)展V靶HIPIMS放電特性方面的研究工作具有重要的意義。 不同氬氣氣壓下，隨著靶脈沖電壓的增加，靶電流峰值、靶電流平臺(tái)值及靶電流平均值均單調(diào)增加，而且增加的速度越來(lái)越快，同時(shí)靶電流峰值的增加速度明顯高于平臺(tái)值。并且利用HIPIMS技術(shù)制備的V膜光滑、致密，無(wú)柱狀晶生長(zhǎng)形貌特征。
圖1 不同氣壓下靶電流峰值和平臺(tái)值隨靶電壓的變化
靶電流平均值是一個(gè)脈沖內(nèi)的靶電流值積分后除以靶電流脈寬，可以反映系統(tǒng)放電的劇烈程度。隨著靶電壓的增加，靶電流平均值逐漸增加，而且增加的速度越來(lái)越快。此外，隨著工作氣壓的增加，靶電流呈上升趨勢(shì)。分析認(rèn)為，在低氣壓時(shí)，氬離子的平均自由程大，使得V靶和Ar分子相互碰撞的次數(shù)少，產(chǎn)生的二次電子數(shù)目也少，放電減弱或陰極捕集離子的效率低，因此在低氣壓時(shí)，V靶的電流平均值小。隨著工作氣壓的增大，Ar離子與V靶之間的碰撞次數(shù)增大，產(chǎn)生的二次電子數(shù)目增多，放電增強(qiáng)，從而使靶電流開(kāi)始上升。
采用HIPIMS方法在硅片上制備的V膜的截面SEM形貌照片，可以看出，V膜與硅片基體間的界面結(jié)合狀況良好。與傳統(tǒng)磁控濺射技術(shù)相比，采用HIPIMS制備的V膜結(jié)構(gòu)非常致密、光滑，無(wú)柱狀晶生長(zhǎng)形貌特征，晶粒呈現(xiàn)出細(xì)化的傾向。相關(guān)研究表明，致密的膜層結(jié)構(gòu)有利于獲得綜合性能優(yōu)異的涂層。
圖3 采用HIPIMS制備V膜的截面形貌
1.不同氬氣氣壓下，隨著靶脈沖電壓的增加，靶電流峰值，靶電流平均值均單調(diào)增加，而且增加的速度越來(lái)越快，同時(shí)靶電流峰值的增加速度明顯高于平臺(tái)值。 2.利用HIPIMS技術(shù)制備的V膜光滑、致密，無(wú)柱狀晶生長(zhǎng)形貌特征。 李春偉,田修波,鞏春志等.不同氬氣氣壓下釩靶HIPIMS放電特性的演變[J].表面技術(shù),2016,45(08):103-109.DOI:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.018.