弧源电流对TiN薄膜沉积速率的影响
2013-04-05 史新伟 佛山市震德塑料机械有限公司
沉积速率对TiN 薄膜的性能也有很大的影响，高沉积速率下制备的薄膜比较致密，硬度和结合力都较好，而低沉积速率制备的薄膜较疏松。沉积速率与弧源电流有很大的关系，Eckel 等人的研究表明，TiN 薄膜的沉积速率正比于阴极电流密度，其计算公式为[12]：
R = Jm/eρ (2)
式中R———薄膜的沉积速率；J———阴极电流密度；m———TiN 的分子量；e———电子电荷；ρ———TiN 的理论密度
图4 是本研究中扫描电镜测量的薄膜厚度随弧源电流的变化图。可见随弧源电流的增大，沉积速率增大，TiN 膜层的厚度增厚，这与公式(2)的规律完全吻合。弧源电流为40 A 时，沉积速率很低，TiN 薄膜的沉积速率为625 nm/h，当弧源电流增大至100 A 时，在相同条件下，TiN 薄膜的沉积速率达到1857 nm/h。
图4 TiN 薄膜的厚度随弧源电流的变化
图5 真空室温度随弧源电流的变化
另外，弧源电流增大，靶材表面和真空室的温度都会升高(图5)，一方面靶材会有更多的Ti蒸发出来，有较多的Ti 粒子电离并和电离的N相互作用，生成TiN 薄膜;另一方面在衬底(样品)表面，由于温度升高，粒子的扩散过程容易进行，因而薄膜沉积速率加快。同时由于真空室温度升高，从化学反应的角度来说，Ti 与N 更易于结合成TiN，因而大量的N 离子被反应掉，使得真空室的真空度升高，在稀疏的等离子体中，粒子到达基体表面的阻碍作用减弱，有更多的粒子到达衬底(样品)表面，并沉积成膜，因而沉积速率提高。
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不同弧源电流TiN薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究
