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)濺射的過程不存在遲滯現(xiàn)象，即使在過渡區(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；

圖1、DC及HiPIMS反應(yīng)濺射氧化鋁沉積速率對比圖

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有反應(yīng)物產(chǎn)生，不會使靶材中毒。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，將有利于反應(yīng)濺射制備化合物。

總結(jié)

1)HiPIMS反應(yīng)濺射在加氧和減氧測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)濺射過程，獲得致密光學(xué)涂層