新型45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧源系统的磁场模拟计算和ta-C薄膜动力学生长研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李洪波 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2010-05-30 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 汪爱英 |
| 关键词 | 双弯曲磁过滤阴极电弧 磁场分布 碳离子传输 ta-C薄膜。 |
| 中文摘要 | 具有离化率高、沉积速率高、技术成熟等优点的阴极真空电弧沉积技术,目前是制备高性能ta-C薄膜的主要方法之一。然而，薄膜中宏观大颗粒共沉积引起的污染、残余应力高、膜基结合力差等，严重制约了ta-C薄膜的广泛应用。采用不同结构的磁过滤弯管目前被认为是解决上述问题的最有效方法，而磁过滤阴极真空电弧系统中磁场分布对于控制阴极弧斑稳定运动和等离子体高效传输起着关键作用。本论文采用ANSYS软件对新型45双弯曲磁过滤阴极真空电弧沉积系统中磁场分布进行了模拟计算，结合电弧源弧斑运行稳定性、靶材均匀刻蚀和碳离子传输进行分析，并对模拟分析结果进行实验验证和ta-C薄膜生长研究。相关结果可为下一步深入开展大面积、高性能ta-C薄膜的制备及其应用提供理论和实验参考。 对阴极弧源处磁场分布模拟计算结果表明，磁过滤弯管中磁场空间分布一定时，永磁体磁化方向与线圈磁化方向相反时阴极表面磁场分布更有利于控制弧斑在阴极表面上运动，而不会运动到阴极外侧引起断弧。永磁体磁矫顽力过大，阴极表面边缘处和中心处磁感应强度差值增大，这个差值过大，会使弧斑在中心区域停留时间较长，会在阴极中心区域刻蚀较深，不利于靶材均匀利用。并在新型45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧源系统上对永磁体磁化方向和磁矫顽力大小的影响进行了实验对比，实验结果与模拟计算分析结果有很好的一致性。 通过对磁过滤弯管中磁场分布和碳离子传输的模拟计算，获得了弯管中优化的磁场分布，即磁过滤弯管轴线上磁感应强度均匀分布在53 mT ~ 94 mT之间时，碳离子传输效率可以优化达到100%。薄膜沉积速率实验也证实，磁过滤弯管中磁感应强度在10 mT ~ 20 mT之间时，随磁过滤弯管中磁感应强度增大，碳离子传输效率增加。 基于上述模拟计算结果，研究了基体负偏压对ta-C薄膜结构和性能的影响。结果显示，随基体负偏压增大，主要由于薄膜中sp2/sp3含量变化，导致制备的ta-C薄膜，残余应力、硬度、模量先增大后降低，平均摩擦系数先降低后增大。当基体负偏压为-50 V ~ -100 V，可获得残余应力在2.5 GPa ~ 6 GPa、硬度在27 GPa ~ 33 GPa、模量在210 GPa ~ 250 GPa、摩擦系数在0.115 ~ 0.15和Id/Ig值在0.23 ~ 0.35之间的 ta-C薄膜。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-07-21 |
| 源URL | [http://ir.nimte.ac.cn/handle/174433/532]  |
| 专题 | 宁波材料技术与工程研究所_硕/博士论文成果 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李洪波. 新型45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧源系统的磁场模拟计算和ta-C薄膜动力学生长研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：宁波材料技术与工程研究所
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