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磁控溅射工艺参数和材料对铜薄膜性能影响的研究进展

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微纳电子技术 2025年第1期62卷 28-40页

作者：刘冰张京辉陈平江峰董晨博贵州振华风光半导体股份有限公司贵阳550018 中国运载火箭技术研究院北京100076 桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林541004

简要阐述了磁控溅射技术的原理及其应用于铜(Cu)薄膜沉积领域的优势。重点综述了溅射时间、溅射功率、基底偏压、溅射气压和基底温度等关键工艺参数对磁控溅射沉积Cu薄膜组织结构、表面形貌、均匀性、粒径、表面粗糙度、电阻率、溅射速... 详细信息

简要阐述了磁控溅射技术的原理及其应用于铜(Cu)薄膜沉积领域的优势。重点综述了溅射时间、溅射功率、基底偏压、溅射气压和基底温度等关键工艺参数对磁控溅射沉积Cu薄膜组织结构、表面形貌、均匀性、粒径、表面粗糙度、电阻率、溅射速率、薄膜生长择优取向及应力等方面的影响。此外,还介绍了不同基底材料(不同材料种类、不同晶粒取向及不同粗糙度)、不同粒径和纯度的靶材等因素对Cu薄膜性能的影响。总结了单因素变化对Cu薄膜性能的影响规律和作用机理,为高质量Cu薄膜制备提供理论参考。最后,对磁控溅射Cu薄膜的未来研究和发展方向进行了展望。

关键词：磁控溅射 Cu薄膜工艺参数影响规律作用机理

Ta/Cr复合涂层的磁控溅射沉积与性能优化

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装备环境工程 2025年第1期22卷 50-60页

作者：许瑞刘龙刘翠翠徐志刚彭健王传彬化学与精细化工广东省实验室潮州分中心广东潮州521000 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070

目的在Ta涂层与基体之间引入Cr缓冲层,研究不同Cr缓冲层厚度(447~1503 nm)对涂层物相结构、微观形貌、力学性能、结合性能及摩擦磨损性能的影响,以提高Ta涂层与不锈钢基体间结合力,提升Ta/Cr复合涂层的性能。方法采用磁控溅射技术,在PCr... 详细信息

目的在Ta涂层与基体之间引入Cr缓冲层,研究不同Cr缓冲层厚度(447~1503 nm)对涂层物相结构、微观形貌、力学性能、结合性能及摩擦磨损性能的影响,以提高Ta涂层与不锈钢基体间结合力,提升Ta/Cr复合涂层的性能。方法采用磁控溅射技术,在PCrNi1MoA合金钢基体上引入Cr缓冲层,构筑Ta/Cr复合涂层。采用X射线衍射仪分析Ta涂层的物相结构,采用扫描电子显微镜观察Ta/Cr复合涂层表面和截面的形貌特征,测量其厚度,观察截面致密度。利用纳米压痕仪测试Ta/Cr复合涂层的力学性能,利用洛氏硬度计和划痕仪测试涂层与基体的结合情况,并利用摩擦磨损仪对材料的耐磨性能进行测试。结果缓冲层厚度在447~1283 nm时,可以得到单一物相的α-Ta涂层;缓冲层厚度为1283 nm时,Ta涂层具有优异的力学性能,硬度达到11.42 GPa,弹性模量为179 GPa,且界面结合力超过30 N,并且表现出优异的摩擦磨损特性,摩擦因数仅0.3~0.4,磨损率低至0.011×10^(-6) mm^(3)/(N·m)。结论Cr缓冲层厚度的变化显著影响Ta/Cr复合涂层的物相结构、晶粒尺寸及表面形貌,进而影响基体与Ta涂层间的结合力以及涂层的力学性能,引入一定厚度的Cr缓冲层有利于制备优异力学和摩擦磨损性能的α-Ta涂层,且与基体结合性能良好。

关键词： α-Ta涂层 Cr缓冲层磁控溅射力学性能界面结合摩擦磨损

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磁控溅射工艺对金属涂层光纤的抗拉性能影响

激光与光电子学进展 2025年第1期 170-176页

作者：王俊钟进李欣仪郁建科胡芳仁张伟南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院东莞市翔通光电技术有限公司

由于重金属废液处理成本不断上升，环境法规日益严格，磁控溅射有望取代传统的化学镀和电镀方法，逐步成为光纤金属涂层的常见制备技术，其制备工艺或对光纤的力学性能有显著影响。本研究旨在探究磁控溅射工艺对金属涂层光纤抗拉性能的... 详细信息

由于重金属废液处理成本不断上升，环境法规日益严格，磁控溅射有望取代传统的化学镀和电镀方法，逐步成为光纤金属涂层的常见制备技术，其制备工艺或对光纤的力学性能有显著影响。本研究旨在探究磁控溅射工艺对金属涂层光纤抗拉性能的影响，并优化相关工艺参数。在正式制备金属涂层之前，采用激光剥纤、光纤装配以及等离子清洗等预处理方法。通过扫描电子显微镜对金属涂层进行微观表征，并使用万能试验机测试金属化光纤的抗拉强度。结果显示，预处理对光纤的抗拉强度影响不大，而溅射工艺中的溅射功率、气压、沉积时间参数变化显著影响光纤抗拉性能。此外，采用与SiO2弹性模量相近的金属制备的光纤具备更高的抗拉强度。磁控溅射工艺对金属化光纤的抗拉性能具有重要的影响，优化工艺参数可提高光纤的力学性能，为其在各种应用中的稳定性和可靠性提供基础支撑。

关键词：磁控溅射光纤金属涂层工艺参数抗拉强度

热处理温度对磁控溅射氧化钇薄膜形貌及物相的影响

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热加工工艺 2025年第3期 82-86页

作者：陈浩曹振亚姜志忠孙嘉隆中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所中国科学技术大学研究生院科学岛分院

采用射频磁控溅射方法在短钨纤维表面制备Y2O3薄膜，薄膜厚度约100 nm。为便于研究，首先采用相同工艺将Y2O3薄膜沉积在钨片上，分别在500、700及900℃热处理1 h，通过扫描电镜、XRD射线衍射手段对薄膜表面形貌及物相变化分析，确定用于... 详细信息

采用射频磁控溅射方法在短钨纤维表面制备Y2O3薄膜，薄膜厚度约100 nm。为便于研究，首先采用相同工艺将Y2O3薄膜沉积在钨片上，分别在500、700及900℃热处理1 h，通过扫描电镜、XRD射线衍射手段对薄膜表面形貌及物相变化分析，确定用于镀Y2O3薄膜短钨纤维的热处理温度。结果表明，700、900℃的薄膜均发生破损，而500℃热处理后的薄膜表面完整，相比于未热处理薄膜，结晶度提高。在此基础上，对镀Y2O3薄膜短钨纤维进行500℃热处理，最终在短钨纤维表面制备出了均匀完整、结晶度良好的Y2O3薄膜，为后续W_f/W复合材料制备奠定了工艺基础。

关键词：短钨纤维磁控溅射 Y2O3薄膜热处理

AZ31镁合金磁控溅射硅膜层的耐蚀性和生物相容性

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电镀与涂饰 2025年第2期44卷 58-63页

作者：张精豪侯树森李文星张梦婷张世坤河南科技学院机电学院河南新乡453003 新乡学院机电工程学院河南新乡453003 河南科技学院动物科技学院河南新乡453003

[目的]镁合金化学性质活泼,在作为医用可降解植入材料使用时,需通过适当的表面处理来提升其耐腐蚀性和生物相容性,以满足临床应用需求。[方法]在AZ31镁合金表面磁控溅射Si薄膜,通过正交试验对工艺参数进行优化。通过表面形貌和元素组成... 详细信息

[目的]镁合金化学性质活泼,在作为医用可降解植入材料使用时,需通过适当的表面处理来提升其耐腐蚀性和生物相容性,以满足临床应用需求。[方法]在AZ31镁合金表面磁控溅射Si薄膜,通过正交试验对工艺参数进行优化。通过表面形貌和元素组成分析、电化学测试、模拟体液浸泡腐蚀、细胞毒性试验研究了较优工艺条件下所得Si薄膜的微观结构、耐蚀性和生物相容性。[结果]在压强为0.55 Pa、功率为200 W的条件下磁控溅射3 h所得Si薄膜表面均匀致密。Si薄膜能够有效地保护镁合金,并且具有较好的生物相容性。[结论]AZ31镁合金表面磁控溅射Si薄膜可提高其耐蚀性和生物相容性。

关键词：镁合金磁控溅射硅薄膜耐蚀性生物相容性

316L不锈钢磁控溅射镀玫瑰金膜层及其耐磨性

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电镀与涂饰 2025年第1期44卷 74-80页

作者：孙子文袁军平潘成强赵雪阳陈德东张劭烽广州番禺职业技术学院珠宝学院广东广州511483

[目的]研究磁控溅射镀玫瑰金膜层的组成及耐磨性。[方法]以316L不锈钢为基材,采用磁控溅射技术在不同靶电流下制备玫瑰金膜层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)研究了膜层的表面形貌和组织结构,通... 详细信息

[目的]研究磁控溅射镀玫瑰金膜层的组成及耐磨性。[方法]以316L不锈钢为基材,采用磁控溅射技术在不同靶电流下制备玫瑰金膜层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)研究了膜层的表面形貌和组织结构,通过纳米压痕测试和摩擦磨损试验考察了膜层的显微硬度和耐磨性。[结果]随着靶电流从0.5 A增大到1.5 A,玫瑰金膜层的晶粒不断增大,显微硬度减小,耐磨性变差。不同靶电流下所得玫瑰金膜层均由Au^(0)、Cu^(0)和Au_(3)Cu构成,并且以Au_(3)Cu相的(111)和(222)晶面为主。[结论]本研究可为不锈钢表面磁控溅射镀玫瑰金工艺的实际应用提供参考。

关键词：玫瑰金膜层磁控溅射组织结构耐磨性

磁控溅射(Ti,N)/Al纳米复合薄膜的微结构和力学性能

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物理学报 2013年第3期62卷 277-282页

作者：杨铎钟宁尚海龙孙士阳李戈扬上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240 上海海事大学海洋材料科学与工程研究院上海201306

采用Al和TiN靶通过磁控共溅射方法,制备了一系列Ti:N≈1的不同(Ti,N)含量的铝基纳米复合薄膜,利用X射线能量分散谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜和纳米力学探针表征了薄膜的成分、微结构和力学性能,研究了(Ti,N)含量对复合薄膜微结... 详细信息

采用Al和TiN靶通过磁控共溅射方法,制备了一系列Ti:N≈1的不同(Ti,N)含量的铝基纳米复合薄膜,利用X射线能量分散谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜和纳米力学探针表征了薄膜的成分、微结构和力学性能,研究了(Ti,N)含量对复合薄膜微结构和力学性能的影响.结果表明:Ti,N原子的共同加入使复合薄膜形成了同时具有置换固溶和间隙固溶特征的"双超过饱和固溶体",薄膜的晶粒随着溶质含量的增加逐步纳米化,并进一步形成非晶结构,晶界区域形成溶质原子的富集区.相应地,复合薄膜的硬度在含1.8at.%(Ti,N)时就可迅速提高到3.9GPa;随着TiN含量的增加,薄膜的硬度进一步提高到含17.1at.%(Ti,N)时的8.8GPa.以上结果显示出Ti和N"双超过饱和固溶"对Al薄膜极其显著的强化效果.

关键词：磁控溅射铝基纳米复合薄膜微结构力学性能

磁控溅射沉积铝/贫铀与金/贫铀镀层的界面研究

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物理学报 2013年第10期62卷 392-398页

作者：易泰民邢丕峰郑凤成梅鲁生杨蒙生赵利平李朝阳谢军杜凯马坤全中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳621900

采用磁控溅射技术沉积制铝/贫铀/铝(Al/DU/Al)、金/贫铀/金(Au/DU/Au)"三明治"薄膜样品.利用高分辨扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描俄歇微探针对Al/DU/Al,Au/DU/Au样品的Al/DU,Au/DU界面行为进行表征与研究.结果表明:... 详细信息

采用磁控溅射技术沉积制铝/贫铀/铝(Al/DU/Al)、金/贫铀/金(Au/DU/Au)"三明治"薄膜样品.利用高分辨扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描俄歇微探针对Al/DU/Al,Au/DU/Au样品的Al/DU,Au/DU界面行为进行表征与研究.结果表明:沉积态DU层以柱状晶生长;Al/DU界面扩散明显,物理扩散过程中伴随着Al,DU化学反应形成Al2U,Al3U金属化合物;金属化合物的形成导致界面处Al2p电子结合能向高能端移动,U4f电子向低能端移动;微量O在Al/DU界面处以Al2O3及铀氧化物形式存在;DU镀层中以铀氧化形式存在;沉积态的Au/DU界面扩散为简单的物理扩散,团簇效应导致Au/DU界面处Al2p,U4f电子结合能均向高能端移动;在Au/DU界面及DU镀层中,微量O以铀氧化物形式存在;Al/DU界面扩散强于Au/DU;相同厚度的Al,Au保护镀层,Al镀层保护效果优于Au镀层.

关键词： Al DU界面 Au DU界面磁控溅射界面扩散

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磁控溅射Ti靶表面粒子溅射模式的机制研究

稀有金属材料与工程 2022年第9期51卷 3276-3281页

作者：杨超郝娟蒋百灵王戎西安理工大学材料科学与工程学院陕西西安710048

利用自主研发的双级脉冲电场,通过分别调控2个脉冲阶段的电场参量引发阴极靶面气体放电由辉光向弧光转变,借助弧光放电产生的高密度等离子体,增强靶面氩离子的碰撞动能和金属靶材产生的焦耳热,诱发靶面粒子以高离化率、高产额的热发射... 详细信息

利用自主研发的双级脉冲电场,通过分别调控2个脉冲阶段的电场参量引发阴极靶面气体放电由辉光向弧光转变,借助弧光放电产生的高密度等离子体,增强靶面氩离子的碰撞动能和金属靶材产生的焦耳热,诱发靶面粒子以高离化率、高产额的热发射方式离开靶材。结果表明:在持续提高铜靶和钛靶的靶电流密度时,阴极靶材与阳极腔体间的伏安特性会由正比例的递增关系转变为反比例的递减关系,说明气体放电会由辉光放电向弧光放电转变,并以此诱发靶面粒子由碰撞溅射方式转变为溅射加热发射方式离开靶材。实验以钛靶作为研究对象,采用双级脉冲电场在提高钛靶电流密度时,靶面形貌由具有阶梯状直线条纹的多边形凹坑结构转变为具有阶梯状直线条纹的多边形凹坑和水流波纹状的圆形凹坑的混合结构,说明此时靶面粒子的溅射方式除典型的碰撞溅射外,已逐渐向溅射加热发射双重方式转变,薄膜的沉积速率也由6 nm/min大幅增大至26 nm/min。

关键词：磁控溅射弧光放电热发射双级脉冲电场