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1、制备高质量 下 ， _ d 膜的多弧离子镀 北方二三 去 公司沂技术抢尸行兄所气; 乙 京 工 ) 0 0 8 川 徐衍乐 挽要:文重研究了多井卑子逮制各 石 入 黄兰茗要二三多效三场、强电六、: 亩 压A氮 s . 流 显对袋 L货量的影，.详纽分听它., J 影- 艾= . 性的泉矛。实抢几王考:提烹孤屯 充 的司封，抑 制液,: 的 ; x 生.是提飞澳甚;9 1 量，提 石 生幸草资百饮退已 1 .前言 E 3 于T i- N摸具育比异的滋蚀和耐磨注毙， 因而庄许多预域 ( 特别是在表面精饰 和刀 具的表面改性 倾城 得到了广泛r 应污 制 备 丁 i - N约方法很多，其中多弧离 子
2、渡是当今工业上应月最多的狡术乙一过项技术原于6 0 = r 代，在 8 0、 9 0代得 到了飞这发展乙1 一3 二 尽管这项技术全 左.K 层。夹带许多液 滴 K d 二， 而且 这些 液滴会; , u F层的允; 占 夏1 l 附专 力等二 三 二 ， 但该 技术 所具有的优 越性I旋人i i 去努 力探索沂方 法和沂 上乙汽戎 少滚滴s : 6 度司几 丁， 从而提蓦 崔层 的It 能。入文 通过对 薄膜 V各L 艺 亡钓飞 一二要参效的 巧 . ;- . 一沂.咬 多二A7于渡 制备出 性能更 佳f ? T i - N .0o z .试验条 件 实验中戎泪沈再刃是自行研希 了 钓多获汽
3、于镀膜棍，试件选肖 1 0 X 1 0 X 1 .S m m 高速t q - .; - r 厚度只月: - 6 0 型艳 -,X ( ! 3 ;3。 1 ; m ) ,a .二 一 t .显 数诬度则采用F I M T. - 3 型 显微硬度计实 验得到，;女 滴的尺寸用 J C r - 0 3 卧式金7 9 显戮镜观测得到 3 结果与讨论 3 . 1外加磁场的影二 句 多弧离子渡哀 .二，会 一 : a 进场不 又讨 孤三 r 约劳定 三牛起着里要作用，同时对漠层 质廷 也有十分互要的件书飞我浪知道，A户 该摸在L-mx 上等离 子体，即由 呢极 v :材 料 电 离: 产 兰 弓 弧 ，
4、得到 阴 极材 抖 。， 片离子、系子井，通八反应气凑后，扣左 红 。 _ 、 刊/ V r ,l. 二 ez ， 飞产 弃 二 口井 图 I 电r1在外毓进场二钓受刀 n;a 上件上形: Al 所需的膜层。 在没有外拙磁 场的情况下， 电弧极不稳定，电弧斑点 也不规则，并主阴极表面高速运动， 常 常绝到阴吸边缘或侧面， 导致息弧 这 是因为宏观上电弧中的正离子只占 1 0 % 左右 二 6 二 大多 数为具有几十C-3 子 伏 特能量为电子， 因 此这些电子总是 绝 向离阴极最近的 H 极;其二，电弧斑点 发肘电流在很近的距离内， 象很根具有 同向电流的导线一样. 互r吸引，使得许多少斑点收
5、缩力少数几个斑点或一个斑点。 缩小的斑点白于 焦耳热兰 迄上升，产生大货灼效小的干 弘为 ，这对若不及对通入其它 气体，增加离子和中性脸于的碰遗来 生 待井 言甩流，班点的2 L ;时间就可能很短 K 习，造成熄孤。同芯人i i 液滴的出理，吸人地影润 了设层的性能，而且造成阴 极材科的浪费 二7 I外匕 公场的加入对“ ,+ 定电弧有极好的作用。现在，让我们 l一 醉了 豫 厂 了 甲 份 尸 一 一 -一. . ， ， ， 月 ， . . 国 甲 . . .一尸 ， 甲 ， ” 曰 护 一 ， ，阴口 味， ，映 洲阳 啊响， ，暇甲 甲尸 .， 浅 受到两个力的作月: 一是驻向 这 度分
6、发v z 径向磁 场分量B r 乍用， 产生一周向 F o ， 使屯 荷作y周运动: 二是水 平速 度 ( A同 运动)分量V r 与阴极平行)和 向 磁场分 量B Z - a 互作用，产生一 向 心力F r ,使电 荷作向 心运动。这两 种运动结 ， 造成正电荷沿周向向 上作螺 旋运动 ( 见图1 )， 这种螺旋运动并非完整的 螺旋 运动，一旦正电荷速度方同不是背 离轴向 ， 这时 水平速度分量和 轮向 磁场分量相 互 乍用产生的力 就不是向 心刃，而是离心力， 使得电荷重新作向心螺旋运动.因此、 我们目 视到的电弧是旋转而向心 收缩的。电弧中负电 荷 ( 主要 是电子) 则在磁场作 用下，
7、 和正电 荷正相反，它是作离心圆周 运动。因 此它不断碰撞阴极靶材的外沿， 重新引发新的电弧。 另外 轴向 磁场向 阴极中心是 逐渐增强的，所以聚心力 越来越 强，以致在惯性的作用下，正电 荷冲过中心而在 较大直径上旋转运动， 尔后再向内 采分析一下具有一油对称芝场的电 外出 带电粒子的 运动 情况。我月 知道，电弧磁场 是轴对 称的，但六均匀，万而存任 匙间和 径向分量。若正电 荷运幼方同背离轴向， 收缩。如此，使用得电 弧不断再生.即 稳定 运动。 3 . 2偏压的影响 偏压的存在，对减少液滴， 提高 二S P a ， 卜。 G 八 一 ; P a , ; 0 气 浏创鹅燕朋淇橇翻暇丫一例
8、叮一衬月注1: 膜 层质量具 有重要的作 用。 负 偏压吸 弓 正电 荷 溅射 工件， 因而 可以 使得靶 阴极) 附近的钦离子加速飞离阴 极， 与 等离子 体中的氮及 液滴碰撞并 被离 化的 几率增加， 同时也 增加了钦 和 氮的 键合能力K 8 习 ， 如图2 反映 了 要维持 真空室的 压力不变， 则氮的 流量随负偏压的增加而增加。但这并 的为的50 5 “j一 I S C一2 5 l Ne g a t iv e B i a s ( ) 图2 负偏压与氮流量关系 只意味着 膜层中的 氮含 量是增加 的， 而是 恰 恰相反， 膜 层中氮 含量是随着负 偏压的增 加 万 减少的二 9 卫 。
9、 这是因为T , T i 的 键 合能力 要 强于T i - N的 键合能力， 而且 随着负偏 压 的 增加， 钦的 再溅 身 二 比 氮的 再溅 射要强 的多 根 据L o e a th e t id is 等人正1 0 刃 的实验 表明， 负 偏压 -2 5 V时， 膜层为丁 训、 . 而负 偏 压为 一1 2 0 V 时， 膜层则为丁 训 。 33 弧电流的影响 在一定的工艺条件下， 弧电 流与膜层r 度有正比的线性关系， 如图3 ，而 膜层 厚度与 膜层的硬 度有直接的 联系 ( 如图4 ) 从下 业生产上考虑，弧电 流应是大一 40 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0
10、 0 .- t v f l: g .m m 飞 尹 方汀 J乃J哺弓抽笋 .卜 月.甲.1.通es十. 5 0 6 0 ? 0 8 0 9 0 1 1 A 甲 H味 “ n1 图3弧电流与 “d -. 层沉积通毛的关系 图d 膜Fz厚度与硬度的关系 I_ J 吧流应是人一些呀，因 勺 之， 兰 可以: 二 万止 县的卞性怪它幼负j形 屯 匕泛 叹粤注 决音记万. _ L i Y ,.u 度万升 高， 粗、二 乍: 二 畏们从全招 三成通二万以乏拐这识之 ，5 D 、 : : 兰5 皿屯 乏与段 二 咬厂窗互 昼 户 一二.了以炎离摸层下 一爵 度人而提牙摸 户 七于 一定 的鉴沦. 习丁 洗二
11、 电 流，意 三 全巡乙着艾，万二 犷 亨的几了也会奢灭 j一 冬芍花刁竺，:公;t 会寻效膜层咐 竺二 盛，丙为达些交 滴.厂 之 其是 宜通 汉戈爪交 滴， 高夏方月有刃1 / 3 左漠 =.三其优韶不泥万 J 三 子 敛小孔簿 二 : 三 这些孔凉是摸层讨蚀胜-曦 为全要顶周。因戈，从二毛流的角度 青 它渭少 、 记材湘蒸发三该、 强化靶 卜 f7 ; a致卫， z 沃笼fi ; r 表面温z 兮是 燮高汽;i 流，提高生r t, 又一 钱 少 r 交索 ，泥高:没 尽贾纷 幼有效途径。 与 此戈匕经开4 7 了湘花 t 靶.板 次扭等沂型离子镀, 1- 4 没各 3 . 3氮气流量的影
12、响 只气是 岌立气: 石 、它刃 戈小直接 签 沉到漠 层灼TI ill 实捡泛砚 氮气 行 ,义 11 ., 组 友、PT , 片铸冷乃斗卫二 ， 故 、 二 二 、 。 ， 、 八。 。 咨吧， 烈 台 J - K o u r t e v 2 t a j- 三忿，Z I 着氮流I的增IDO ,液滴的尺寸 不仅会 缩小，而旦 一 漠 层表面的液滴密贾也会人 大降 低 扭图石) ，这样必然会改善 膜层的表面粗借 度，通造 z f. 气流泛 的它 次 办1 N层的 经戈 发生了 变化 s s 层耳 始 L F 0 书 T i , N , ( : c , : i:7$1181; 3I a 4.5.6) , 1 用多弧离子镀技术在沉积 耐蚀膜方面 进行 了5 i ,
