Effekt av Arc Source Current på overflate morfologi av tynne tynne filmer

Fig. 1 viser SEM sekundære elektronbildet av overflatemorfologien til filmen tilberedt ved forskjellige buekildestrømintensiteter. Det kan sees at når buekildens strøm øker, øker antall dråper på overflaten av filmen, størrelsen blir også større, og filmens overflatekvalitet reduseres.

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

Fig. 1 Overflate morfologi av TiN-filmer produsert under forskjellige buekildestrømmer

Lysbue-strømmen har større innvirkning på antall og størrelse på dråpene på overflaten av filmen. Fra det grunnleggende prinsippet om arcionplating, kan det være kjent at under metalliske forhold, metallkatoden (buekildemål) og utløserelektrodutløseren ved en pulsspenning på 10 kV, mens katodebue har en sterk utladningsstrømtetthet (106 A / cm2 ~ 108 A / cm2) og fokuserer på et meget lite lyspunktsflateområde på 5μm til 6μm (Fig. 2), hvilket resulterer i en høy temperatur over 6000 ° C, hvilket tillater hurtig fordampning av katodematerialet under generering intenst termisk feltutslipp og ionisering for å danne høy tetthetsmetallplasma. Fordi bærepunktets krafttetthet er for konsentrert, er buebassenget dypere og danner et overdreven væskevolum. Når lysbuepunktet utsender partikler (elektroner, ioner, atomer, atomgrupper, etc.), har partiklene også en anti-korrosjonseffekt på væskens overflate av lysbuepunktet. Det får ioner til å akselerere gjennom skedepotensialet til væskeoverflaten mens det bomber væsken med stor kinetisk energi, slik at et stort antall flytende atomer i badet samtidig mottar mye mer energi enn bindingsenergien, noe som resulterer i et stort antall Atomer konsentrert utslipp for å danne dråpeutslipp. Jo større utslippsstyrken på buekilden er, desto dypere blir sveisepunktet dannet på overflaten av buekildemålet, og jo større punktdiameteren, så størrelsen på utslippskraften vil direkte påvirke dannelsen av dråper. Uttrykket er:

P = IE / S

I-Gjennomsnittlig utladningsstrøm; U-utladning spenning; S-overflateareal av katodemål

Fra likning kan det ses at buekildestrømmen øker, bue-kildemålets utladningseffektdensitet øker tilsvarende, mengden og størrelsen på genererte dråper øker også for å gjøre filmens overflatekvalitet redusert.

N: Nitrogen, M: Ti-dråper. Hovedprosessen: A-positiv partikkel flytter til substratet, B-nøytrale partikler på substratet, sekundær sputtering av C-nøytrale partikler, sekundær sputtering av D-Ti-dråper, E-partikkel-sputteringmål. Hovedreaksjoner: X + e-1 → X * + e-1, X * → X + hv, X-nøytrale partikler, X * -ladede partikler, hv-energi, når Ti ioner og Nioner møtes på substratet, TiN er formet.

Fig. 2 Formasjonsprosess av multi-arc-ionbelagte TiN-film og overfladedråper

Under flyvningen fra bue-kildemålet til substratet (prøven) av dråpene sputterte fra katodebue-kildemålet, vil noen partikler kollidere med andre og bli mindre, men noen av dem er fortsatt store, så det er mange forskjellige størrelser av dråper i TiN-filmoverflaten. I tillegg, med økningen av buekildestrømmen, vises noen pits på overflaten av filmen. Jo større strømmen er, jo mer åpenbart dette fenomenet er, det kan ses fra figur 1. Disse gropene dannes av dråpene av dråpene som sputterte på overflaten. Når strømmen av bue-kilden øker, er flytehastigheten til spyttede dråper store, og de vil ikke direkte kollidere med andre partikler i plasmaatmosfæren og nå overflaten av substratet (prøven) direkte. Hvis disse dråpepartiklene ikke kan sputteres ved sekundær omvendt sputtering (D i figur 2), vil de forbli i filmen, og noen av dem trenger selv gjennom hele filmen fra substratet (som vist med pilene A og B i fig. 3). Jo større buekilden nåværende er, jo mer åpenbart vil dette fenomenet være.

Fig. 3 Store dråper som penetrerer TiN-film