反应磁控溅射沉积CrN薄膜等离子体放电模拟研究
编号：1359
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更新：2025-05-01 21:08:32 浏览：12次
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摘要
基于高功率脉冲磁控溅射等离子体时空分布特征，建立反应HiPIMS放电等离子体整体模型，模拟离化区等离子体放电行为及其与靶表面相互作用。采用等离子体整体模型模拟Cr靶DOMS反应溅射沉积CrN薄膜，获得了DOMS等离子体反应动力学，分析了等离子体与靶表面相互作用放电机制，克服了DOMS技术等离子体成分和密度剧烈变化导致常规数值模型无法快速准确模拟的难题。
考虑了脉冲开启和关闭期间磁控靶表面反应动力学，首次给出了完整宏脉冲周期内R-DOMS磁控靶表面化合物覆盖率ϑs随时间变化。微脉冲τon期间覆盖率ϑs由于溅射和反冲注入迅速下降，τoff期间化学吸附、离子注入和亚表面化合物层暴露等过程使ϑs缓慢上升。多个微脉冲迭加累积作用下，宏脉冲开启期间ϑs总体呈下降趋势，宏脉冲关闭期间反应气体吸附使ϑs缓慢上升，达到动态平衡。ϑs宏脉冲期间下降导致靶材原子自溅射循环增强，气体循环逐渐减弱。等离子体向薄膜传递动能和势能随DCint增加，解释了R-DOMS沉积CrN薄膜组织由I区疏松柱状晶向T区致密细晶的转变。fN2增加，沉积通量中N含量增加而动能和势能变化较小，解释了CrN薄膜组织由I区转变为T区随后再次转变为I区的现象。
考虑了脉冲开启和关闭期间磁控靶表面反应动力学，首次给出了完整宏脉冲周期内R-DOMS磁控靶表面化合物覆盖率ϑs随时间变化。微脉冲τon期间覆盖率ϑs由于溅射和反冲注入迅速下降，τoff期间化学吸附、离子注入和亚表面化合物层暴露等过程使ϑs缓慢上升。多个微脉冲迭加累积作用下，宏脉冲开启期间ϑs总体呈下降趋势，宏脉冲关闭期间反应气体吸附使ϑs缓慢上升，达到动态平衡。ϑs宏脉冲期间下降导致靶材原子自溅射循环增强，气体循环逐渐减弱。等离子体向薄膜传递动能和势能随DCint增加，解释了R-DOMS沉积CrN薄膜组织由I区疏松柱状晶向T区致密细晶的转变。fN2增加，沉积通量中N含量增加而动能和势能变化较小，解释了CrN薄膜组织由I区转变为T区随后再次转变为I区的现象。
关键字
反应磁控溅射,高功率脉冲（HiPIMS）磁控溅射
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