弧源電流對TiN薄膜沉積速率的影響
2013-04-05 史新偉 佛山市震德塑料機械有限公司
沉積速率對TiN 薄膜的性能也有很大的影響，高沉積速率下制備的薄膜比較致密，硬度和結合力都較好，而低沉積速率制備的薄膜較疏松。沉積速率與弧源電流有很大的關系，Eckel 等人的研究表明，TiN 薄膜的沉積速率正比于陰極電流密度，其計算公式為[12]：
R = Jm/eρ (2)
式中R———薄膜的沉積速率；J———陰極電流密度；m———TiN 的分子量；e———電子電荷；ρ———TiN 的理論密度
圖4 是本研究中掃描電鏡測量的薄膜厚度隨弧源電流的變化圖。可見隨弧源電流的增大，沉積速率增大，TiN 膜層的厚度增厚，這與公式(2)的規律完全吻合。弧源電流為40 A 時，沉積速率很低，TiN 薄膜的沉積速率為625 nm/h，當弧源電流增大至100 A 時，在相同條件下，TiN 薄膜的沉積速率達到1857 nm/h。
圖4 TiN 薄膜的厚度隨弧源電流的變化
圖5 真空室溫度隨弧源電流的變化
另外，弧源電流增大，靶材表面和真空室的溫度都會升高(圖5)，一方面靶材會有更多的Ti蒸發出來，有較多的Ti 粒子電離并和電離的N相互作用，生成TiN 薄膜;另一方面在襯底(樣品)表面，由于溫度升高，粒子的擴散過程容易進行，因而薄膜沉積速率加快。同時由于真空室溫度升高，從化學反應的角度來說，Ti 與N 更易于結合成TiN，因而大量的N 離子被反應掉，使得真空室的真空度升高，在稀疏的等離子體中，粒子到達基體表面的阻礙作用減弱，有更多的粒子到達襯底(樣品)表面，并沉積成膜，因而沉積速率提高。
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不同弧源電流TiN薄膜的表面形貌及其摩擦學性能研究
