Влияние тока дуги на поверхностную морфологию тонких тонких пленок

На рисунке 1 показано вторичное электронное изображение SEM поверхностной морфологии пленки, полученной при различных интенсивностях тока источника дуги. Видно, что по мере увеличения тока источника дуги количество капель на поверхности пленки увеличивается, размер также увеличивается, а качество поверхности пленки уменьшается.

a) I = 40A, b) I = 50A, c) I = 70A, d) I = 80A, e) I = 90A, f) I = 100A

Рис.1 Поверхностная морфология пленок TiN, полученных при различных токах источника дуги

Ток источника дуги оказывает большее влияние на количество и размер капель на поверхности пленки. Из основного принципа дугогашения можно узнать, что в вакуумных условиях металлический катод (цель источника дуги) и триггерный триггерный разряд срабатывают при импульсном напряжении 10 кВ, а катодная дуга имеет плотную плотность тока разряда (106 А / см2 ~ 108 А / см2) и фокусируется на очень малой площади пятна дуги от 5 мкм до 6 мкм (рис.2), что приводит к высокой температуре выше 6000 ° С, что позволяет быстро испарять материал катода при генерации интенсивное тепловое полевое излучение и ионизацию с образованием плазмы высокой плотности. Поскольку плотность мощности дугового пятна слишком концентрирована, дуговой пул глубже и образует чрезмерный объем жидкости. Когда пятно дуги испускает частицы (электроны, ионы, атомы, группы атомов и т. Д.), Частицы также оказывают антикоррозионное действие на поверхность жидкости пятна дуги. Это заставляет ионы ускоряться через потенциал оболочки к поверхности жидкости, когда она бомбардирует жидкость большой кинетической энергией, так что большое количество жидких атомов в ванне одновременно получает гораздо больше энергии, чем энергия связи, что приводит к большому числу концентрированные атомы с образованием эмиссии капель. Чем больше плотность мощности разряда для цели источника дуги, тем глубже образуется сварочный бассейн, сформированный на поверхности цели источника дуги, и чем больше диаметр пятна, поэтому размер мощности разряда будет непосредственно влиять на образование капель. Выражение:

P = IU / S

I - средний ток разряда; U-разрядное напряжение; S-площадь поверхности катодной мишени

Из уравнения можно видеть, что ток источника дуги увеличивается, соответственно увеличивается плотность мощности мишени заданной мощности дуги, количество и размер генерируемых капель также увеличиваются, чтобы уменьшить качество поверхности пленки.

N: азот, M: капли Ti. Основной процесс: A-положительная частица перемещается к подложке, отложения B-нейтральных частиц на подложке, вторичное распыление C-нейтральных частиц, вторичное распыление капель D-Ti, мишени с распылением E-частиц. Основные реакции: X + e-1 → X * + e-1, X * → X + hv, X-нейтральные частицы, X * -заряженные частицы, hv-энергия, когда ионы Ti и ионы N встречаются на подложке, TiN сформирован.

Рис.2 Процесс формирования многодуговой ионизованной пленки TiN и поверхностных капель

Во время полета от цели источника дуги к субстрату (образцу) капель, распыленных от мишени источника катодной дуги, некоторые частицы будут сталкиваться с другими и уменьшаться, но некоторые из них по-прежнему велики, поэтому существует много разных размеров капель в поверхности пленки TiN. Кроме того, с увеличением тока источника дуги на поверхности пленки появляются некоторые ямы. Чем больше ток, тем более очевидным является это явление, это видно из фиг.1. Эти ямы образованы каплей капель, которые распыляются на поверхности. Когда ток источника дуги увеличивается, скорость полета напыленных капель велика, и они не будут непосредственно сталкиваться с другими частицами в атмосфере плазмы и непосредственно достигать поверхности подложки (образца). Если эти частицы капель не могут быть распылены вторичным обратным распылением (D на фиг.2), они останутся в пленке, а некоторые из них даже проникают во всю пленку с подложки (как показано стрелками A и B на рис. 3). Чем больше ток источника дуги, тем более очевидным будет это явление.

Рисунок 3 Крупные капли, проникающие в пленку TiN