HiPIMS反應濺射特性

引言

HiPIMS電源在高致密性硬質涂層中有很好工業化利用，但是光學應用中的案例還不多，本文將介紹HiPIMS反應濺射模式下的特性。

點睛

在反應濺射中，DCMS存在靶面中毒現象，MF濺射雖然能一定程度解決靶材中毒現象，但是制備膜層的致密度及折射率與塊材相比，還有提升空間；

HiPIMS濺射技術是否能解決靶面中毒的同時，獲得高速及高致密度膜層。

內容

綜合研究HiPIMS反應濺射Al2O3和ZrO2之后[1]，相較于DCMS濺射存在遲滯和過渡區不穩定現象，DCMS中明顯存在O2進氣遲滯現象，在過渡區氧含量窗口期非常窄，如圖1所示。而HiPIMS反應濺射的過程不存在遲滯現象，即使在過渡區也能穩定濺射，在優化氧進氣量時，濺射速率還能比DC濺射速率有所提升；

圖1、DC及HiPIMS反應濺射氧化鋁沉積速率對比圖

HiPIMS反應濺射和DCMS相比，即使材料的濺射量是相同的，但是HiPIMS的濺射速率更低，主要是因為HPPMS濺射的膜層更加致密導致的。

HiPIMS反應濺射在加氧和減氧測試中不存在遲滯回線的原因有：1、在脈沖階段有高的刻蝕靶材的速率，而在關閉脈沖階段靶表面沒有反應物產生，不會使靶材中毒。2、通常HiPIMS靶電壓很高，將導致高的化學濺射產額，即使靶表面有不導電化合物也能被刻蝕掉。3、同樣的氣體稀薄現象不僅影響Ar，還會影響到反應氣體使得在電離之后出現反應氣體稀薄，如圖2所示；在脈沖時間內，Ti離子持續增加，而Ar或者O離子在最初脈沖5-10us內是逐漸增加，隨后隨著氣體稀薄效應而下降；這種金屬離子增加和氣體離子產生時間上的錯開，將有利于反應濺射制備化合物。

總結

1)HiPIMS反應濺射在加氧和減氧測試中不存在遲滯回線

2)HiPIMS中高的金屬離化率和高電壓都有利于反應濺射過程，獲得致密光學涂層