주석 박막의 표면 형태에 대한 아크 소스 전류의 영향

그림 1은 서로 다른 아크 소스 전류 세기로 준비된 필름의 표면 모폴로지의 SEM 2 차 전자 이미지를 보여줍니다. 아크 소스 전류가 증가함에 따라, 막의 표면상의 액 적의 수가 증가하고, 또한 크기가 커지고, 막의 표면 품질이 감소하는 것을 볼 수있다.

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

그림 1 상이한 아크 소스 전류 하에서 생성 된 TiN 박막의 표면 형태

아크 소스 전류는 필름 표면의 작은 물방울의 수와 크기에 큰 영향을 미칩니다. 아크 이온 플레이 팅의 기본 원리로부터, 금속 캐소드 (아크 소스 표적) 및 트리거 전극은 10 kV의 펄스 전압에서 방전을 트리거하는 반면, 캐소드 아크는 강한 방전 전류 밀도 (106 A / cm2 ~ 108 A / cm2), 5μm ~ 6μm의 매우 작은 아크 스팟 영역에 초점을 맞추고 (그림 2) 6000 ° C 이상의 고온을 생성하여 생성하는 동안 음극 물질의 빠른 증발을 가능하게합니다 고밀도 금속 플라즈마를 형성하기위한 강렬한 열 전계 방출 및 이온화. 아크 스폿의 전력 밀도가 너무 집중되기 때문에 아크 풀은 더 깊어서 과도한 액체 볼륨을 형성합니다. 아크 스폿이 입자 (전자, 이온, 원자, 원자 그룹 등)를 방출 할 때, 입자는 또한 아크 스폿의 액 표면에 부식 방지 효과를 갖는다. 그것은 이온을 시쓰 포텐셜을 통해 액체 표면으로 가속화시키면서 큰 운동 에너지로 액체를 충돌시킴으로써, 욕조 내의 많은 수의 액체 원자가 동시에 결합 에너지보다 훨씬 많은 에너지를 받도록하여 다수의 원자들은 집중 방출을 통해 방울 방출을 형성한다. 아크 소스 타겟의 방전 전력 밀도가 클수록, 아크 소스 타겟의 표면 상에 형성된 용접 풀이 깊어지고 스폿 직경이 더 크기 때문에, 방전 전력의 크기는 직접적으로 액 적의 생성에 영향을 미친다. 표현식은 다음과 같습니다.

P = IU / S

I- 평균 방전 전류; U- 방전 전압; S- 음극 타겟의 표면적

방정식으로부터, 아크 소스 전류가 증가하고 그에 따라 아크 소스 목표 방전 전력 밀도가 증가하고, 생성 된 액적들의 양 및 크기가 또한 증가하여 필름의 표면 품질을 감소시키는 것을 볼 수있다.

N : 질소, M : Ti 방울. 주요 공정 : 기판으로의 양이온 입자 이동, 기판 상에 B 중성 입자 증착, C 중립 입자의 2 차 스퍼터링, D-Ti 액 적의 2 차 스퍼터링, E 입자 스퍼터링 타겟. 주요 반응 : Ti 이온과 N 이온이 기판에서 만나면 X + e-1 → X * + e-1, X * → X + hv, X 중성 입자, X * 로 이루어져.

그림 2 다중 아크 이온 도금 TiN 막 및 표면 방울의 형성 과정

아크 소스 타겟으로부터 캐소드 아크 소스 타겟으로부터 스퍼터링 된 액 적의 기판 (샘플)으로의 비행 동안, 일부 입자는 다른 입자와 충돌하여 더 작아 지지만, 그 중 일부는 여전히 크기 때문에 많은 다른 크기가 존재한다 TiN 막 표면의 액 적의 또한 아크 소스 전류가 증가함에 따라 필름의 표면에 몇 개의 피트가 나타납니다. 전류가 클수록이 현상이 더 분명 해지고, 그림 1에서 알 수 있습니다. 이러한 피트는 표면에 스퍼터링 된 액 적의 드롭에 의해 형성됩니다. 아크 소스의 전류가 증가하면, 스퍼터링 된 액적들의 비행 속도는 크며, 이들은 플라즈마 대기 내의 다른 입자들과 직접 충돌하지 않고 기판 (샘플)의 표면에 직접 도달하지 않을 것이다. 이들 액적 입자가 2 차 역 스퍼터링 (도 2의 D)에 의해 스퍼터링 될 수 없다면, 막 내에 잔류하고, 그들 중 일부는 기판으로부터 전체 막을 관통한다 (도 4의 화살표 A 및 B로 나타낸 바와 같이). 삼). 아크 소스 전류가 클수록이 현상이 더 분명해질 것입니다.

그림 3 TiN 막을 관통하는 큰 방울