筒内高功率脉冲磁控溅射放电等离子体的空间分布及输运行为研究

作者：崔岁寒; 李体军; 李蕊; 吴忠灿; 马正永; 吴忠振

来源：中国表面工程, 2022, 1-9.

• 筒内放电
• 等离子体仿真
• 等离子体输运特性
• 离子空间分布

增强对高功率脉冲磁控溅射（High power impulse magnetron sputtering，HiPIMS）过程中等离子体分布及输运行为的理解，是控制涂层沉积过程并优化涂层性能的关键，尤其是对于筒内放电，等离子体分布与输运过程更加复杂，影响粒子运动行为的因素更加多样。本文针对筒内HiPIMS放电，并耦合电磁约束离子输出系统，以Ar/N_(2)/Cr磁控溅射体系中的主要组分及其相关反应和运动规律为研究对象，利用检验粒子蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）方法对Ar，N_(2)和Cr三类主要演化粒子的空间演变过程进行了仿真，发现离子输出束流中的各粒子呈现出不同的空间分布。其中，质量大、离子能量高的金属离子Cr~(+)的输出束流最窄；而质量小、离子能量低的气体离子N~(+)的输出束流范围最宽。利用高精度光谱仪测出Ar~(+)，N~(+)和Cr~(+)的特征光谱强度随空间的变化，与仿真得到的离子空间分布吻合。同时，利用该体系可在不同的沉积位置制备出不同Cr/N比的Cr_(x)N涂层，实现多种成分的一次性制备或同一成分的可控制备。

• 单位
  北京大学深圳研究生院; 材料学院