与RF溅射沉积或三极管DC溅射沉积相结合的原位或顺序PIII处理装置

与RF溅射沉积或三极管DC溅射沉积相结合的原位或顺序PIII处理装置与RF溅射沉积或三极管DC溅射沉积相结合的原位或顺序PIII处理装置与RF溅射沉积或三极管DC溅射沉积相结合的原位或顺序PIII处理装置半导碍,为张绽南组入均私R2000年第8期能,等离子体应用技术快报一一一在12厚的圆盘内形成的坑的深度不超过0.5ram:这些坑在圆盘上的位置与等离子件电极上孔的位置密切相关在所研制的诸多源中,有一个源已经作为强中子发生器的一部分运行了多年,它可产生电流为50mA的氘离子束.第二个源作为氧离子植入装最的一部分运行.第三个沽用于用等离子体化学真空沉积涪在不同...

与RF溅射沉积或三极管DC溅射沉积相结合的原位或顺序PIII处理装置与RF溅射沉积或三极管DC溅射沉积相结合的原位或顺序PIII处理装置半导碍,为张绽南组入均私R2000年第8期能,等离子体应用技术快报一一一在12厚的圆盘内形成的坑的深度不超过0.5ram:这些坑在圆盘上的位置与等离子件电极上孔的位置密切相关在所研制的诸多源中,有一个源已经作为强中子发生器的一部分运行了多年,它可产生电流为50mA的氘离子束.第二个源作为氧离子植入装最的一部分运行.第三个沽用于用等离子体化学真空沉积涪在不同材料上沉积金刚石和类金刚石碳膜的装置.目前正在运行当中的引出系统是为了产生具有增强的离子光学特性的束而研制的. 蓉佳摘译自Nuc1.Instr.andMethinPhys.Res.,2000;B161—163:1118 —— j 与RF溅射沉积或三极管DC溅射沉积相结合的或PIII处理装置丁/v,D0'' 1O多年来,PIII(等离子体浸没蓠子植入)已用于将离子植入近表面区域来对金属或半导体进行处理;除整体材料的表面外.还有薄膜.比如TiN或Ti已得到改性在多级工艺中,用He离子.通过PIII处理了溅射沉积的TiN薄膜.在用磁控管溅射沉积TiN的情况下,已观测到用氨PIII的处理导致了摩擦使用寿命的延长.结合热蒸发,用氨PIII已将蒸发的Ti薄膜已转变成氮化物. 下面将描述一台将PIII与具有三个RF/DC溅射阴极的溅射涂镀和DC三极管溅射涂镀相结合的顺序或原位处理装置,并将介绍利用这台装置所得涂层的首批结果. 装置由具有40L体积的圆筒形工艺室拘成.RF匹配箱位于顶部.匹配箱连接激发频率为13.56MHz的RF发生器,最大电功率为1250W.能有两种不同的模式运行.一种是借助于水平安装的大型天线,将功率耦台到气体中产生等离子体.当单独或在DC三极管模式中进行PIII处理时,就采用这种模式.在三极管模式中,作为溅射靶工作的垂直安装的直径为lOOmm的平板加上一0.5V和一5kV之间的DC偏压.因此,来自等离子体的离子向阴撅加速和从阴极溅射的原子向进入等离子体内和到达样品支架上.这种模式称之为三极管,因为除样品支架阴极和真空室阳极以外,溅射靶起第三电极的作用. 对于RF/DC溅射模式,三个水冷却阴极水平地安装在真空室的上部,并排列成正三角形.用RF激发产生等离子体.可向溅射靶加上直到5kV的负偏压.溅射阴极的材料朝下向样品支架发射.样品支架是一个直径50mm的不锈钢板或钛板,或任何共它材料的板,这取决于待涂镀的基体或待沉积的薄膜(例如钛).它与一根棒连接,棒装到波纹段上方的陶瓷绝缘体上.样品支架连接最大电压为一60kV的DC高压电源.利用高压开关可对样品加上高DC偏压或脉冲偏压.开关是半导体型的.它传送高压脉冲的上升时间为1s,平顶时间为12/~s随后是指数衰减.在真空室的底部,安装一台带水或液氮冷却节气阀的 10001/s扩散泵.扩散泵连接一台65m'的旋转前置泵.这可提供1O.Pa的典型本底压强: 借助气流系统和闸阀,能够确定形成等离子体的两种气体混合物的合适压强. 在本装置上,可能有几种与PIII相结合的涂镀工艺模式.通常,通过加低偏压(数kV) l2等离子体应用技术快报2000年第8期对基体进行预清洗,以便从表面除去污染物.其次.或通过Dc三极管溅射,或通过使用三个阴极的RF/DC溅射沉}真涂层.在涂镀过程中或棘镀过程之后.可以进行一步或暖序几步的PIII处理.一种有希望的工序或工艺组合肯定是在涂镀之前处理基体材料,以便在基体和馀层之问形成过渡层或形成涂层的支持层,然后再沉积涂层.随后可能是最后的后沉积 PIlI处理. 它可在生物医学,航空航天和其它方面得由于Ti6A14V在低重量下的机械稳定性, 到应用.氮PIII可用来使这种合金的表面硬化.厚5mm和直径30ram的试样用盆刚石软膏抛光到镜面光泽,然后在04kHz重复率,40kV脉冲电压下的氦等离子体中处理1800s和 3600s.用xps(x射线光电子谱术),结合3keVAr离子蚀刻,确定掺入氮数量.氮化物薄膜的厚度和形态用剖面TEM(透射电子显微术)进行检测.为了估计摩擦睦能的变化,进行了无润滑条件下的针盘测量.记录了摩擦系数与磨损循环的关系. XPS浓度分布表明,来自等离子体的高能氮辐照导致氮掺入.浓度的最大值靠近表面.它大约为35at%剖面TEM显微照片表明.含氮薄膜为连续的,其厚度近似为40— 50nm相应的电子衍射图中,出现了TiN信号.尽管薄膜较薄,但仍观测到了副摩擦性能的重大影响.在针.盘磨损试验中,测出了摩擦系数随磨损转数的变化.未处理的试样显示出摩擦系数的强烈起伏.在光显微镜下.对样品表面的观测表明,有磨损碎片产生.可以假定,与硬化钢球接触会导致金属顶部氧化钛薄膜断裂,因而形成硬的磨损粒子.反之,PIII 处理的样品显示出较低的摩擦系数,其起伏幅度明显较小,从而表明磨损性能得到了改善. 在大约1000次磨损循环之后,摩擦系数突然增大,这表明保护薄膜被磨掉或破裂. 除氮化物之外,碳化物具有摩擦意义,因为它极硬.在它们当中,SiC显示出特别高的硬度值.早先已经证明用PIII可在Si晶片上形成SiC本工作研究了不同基体材料上形成的碳化物薄膜.这用作藏射沉积和顺序PIII处理的在线结合的模型系统;通过给作为氩等离子体中溅射靶的硅晶片加偏压至一2kV,将硅沉积到镜面光泽的铝上.接着产生甲烷等离子体,并对基体上的硅涂层加上60OHz脉冲偏压至一5~3kV.加偏压时间为900s. 利用MgKcx激发辐射的XPS研究了SiC薄膜,若不利用辅助加热,它是非晶的.为测定深度分布,用3kV氩离子对薄膜进行了溅射蚀刻.碳和硅的浓度分布随溅射蚀刻时间的变化表明,碳已植入到sj薄膜中.且具有半钟罩形分布.在C被植入的区域内,硅2p芯部能级电子的化学位移可能被认定为Si—c键.这表明.植入的碳已形成了与Si的结合反之在c被植入的区域以下.即在纯硅薄膜中.峰的位置只表明了S卜一si键,这一例子证明,有可能把溅射沉积和借助于PlII工艺植入离子丽引起的相形成结合起来. 利用RF激发产生的等离子体.能把由加偏压的溅射阴极的涂层沉积和Pill结合起来: 以钛合金为倒,已经证明了含氮薄膜的形成.该薄噗可改善金属的摩擦性能:在甲烷等离子体中加脉冲偏压已将硅薄膜转变成碳化硅,以此为例证明了在线工艺中物理气相沉积和 PIII的结合.关于用这项技术形成薄膜的性能的研究正在进行之中; 李丁摘译宜SurfaceandCoatingsTechnology.1999;120—12I:343

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