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6种靶材HiPIMS放电大不相同，设计工艺要知道!

HiPIMS放电，由于工作在放电曲线的特殊区域，其放电特性不仅依赖于使用的气压、电压，更依赖于靶材。更由于HiPIMS工作模式是脉冲工作，其放电特性具有时间特征，而表现出不同的放电特性。这里我们选用常用的几种靶材（Cu，Cr，Mo，Ti，V和C），给出了他们的放电特性。这种与时间相关的放电特性，对于工艺设计是非常重要的。

选择具有不同溅射产额的靶材料(Cu，Cr，Mo，Ti，V和C)，研究了其高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)放电靶电流波形随靶电压的演化行为。发现所有材料都满足5个阶段顺序放电特征，但是不同溅射产额的材料的相同放电阶段所需要的靶电压呈现先增加后下降的趋势，根据放电难易的不同分别表现出一定阶段的缺失。

选用不同溅射产额的Cu，Cr，Mo，V，Ti和C，6种靶材料。电源采用自行研制的高功率脉冲磁控溅射电源，工作气体高纯Ar气。

1.对Cu材料放电来说，第一、二、四阶段都比较明显，第三阶段并没有直接观察到，而是由第二阶段直接过渡到第四阶段，且进入第四阶段放电时的电压值非常低，说明Cu非常容易过渡到第四阶段，Cu在第四阶段放电时，位于靶电流后段的平台电流值要远大于放电开始时所产生的电流峰值，且随靶电压的进一步增加，平台电流值不仅在数值上快速增加，而且平台在脉冲后端首先形成，随后逐渐向前端扩展，平台宽度迅速增加，而第五阶段则由于电流过大而频繁“打弧”，图中未给出。

2.Cr材料，其放电5个阶段基本都可观察到。与Cu放电不同的是，在放电的第四个阶段，虽然靶电流平台电流值也比较大，但是仍然低于前段产生的靶电流峰值，且靶电流平台的产生是由前向后逐渐增加，直到形成平台。

HiPIMS

图1(a)Cu和(b)Cr靶材的HPPMS放电靶电流波形随靶电压的变化曲线

3.Mo靶放电，其整个放电过程与Cr靶相似，5个阶段也相对清晰相对Cu和Cr的平台随靶电压脉冲宽度的延长保持较平或降低而言，Mo的平台值却出现明显的上翘，可能与自溅射过程中Mo的高价电离有关。4.V材料的放电比较弱，放电的第一阶段不明显，起辉后直接进入第二阶段，随靶电压的继续增加，第三阶段时靶电流前段的峰值就已经非常高，如果进一步增加靶电压，将会频繁的出现“打弧”现象，因此第四阶段也只能看到靶电流峰值的前移和平台增加的初期，第五阶段几乎无法实现，平台值相对峰值还比较低。

图2(c)Mo和(d)V靶材的HPPMS放电靶电流波形随靶电压的变化曲线

5.Ti材料的放电行为与V材料的放电相似，但比V的放电要弱，随靶电压的增加，主要表现为靶电流峰值的快速增加，而平台值增加很慢，与峰值大小的差距也相对前述材料较大，相同阶段所需的靶电压值降低，当靶电压增加到620V时，就出现频繁的“打弧”现象，此后的放电阶段则基本无法实现。6.对于C材料放电，放电不稳定，电流值也比较低，在较低的电流和电压时，靶电流就容易迅速升高到非常大的值，进而引起“打弧”现象.靶电流值的增加主要体现在第三阶段开始时峰值的迅速增加，且其在靶电压的脉冲尾部开始，表现出非常困难的放电行为。