HiPIMS反应溅射特性

引言

HiPIMS电源在高致密性硬质涂层中有很好工业化利用，但是光学应用中的案例还不多，本文将介绍HiPIMS反应溅射模式下的特性。

点睛

在反应溅射中，DCMS存在靶面中毒现象，MF溅射虽然能一定程度解决靶材中毒现象，但是制备膜层的致密度及折射率与块材相比，还有提升空间；

HiPIMS溅射技术是否能解决靶面中毒的同时，获得高速及高致密度膜层。

内容

综合研究HiPIMS反应溅射Al2O3和ZrO2之后[1]，相较于DCMS溅射存在迟滞和过渡区不稳定现象，DCMS中明显存在O2进气迟滞现象，在过渡区氧含量窗口期非常窄，如图1所示。而HiPIMS反应溅射的过程不存在迟滞现象，即使在过渡区也能稳定溅射，在优化氧进气量时，溅射速率还能比DC溅射速率有所提升；

图1、DC及HiPIMS反应溅射氧化铝沉积速率对比图

HiPIMS反应溅射和DCMS相比，即使材料的溅射量是相同的，但是HiPIMS的溅射速率更低，主要是因为HPPMS溅射的膜层更加致密导致的。

HiPIMS反应溅射在加氧和减氧测试中不存在迟滞回线的原因有：1、在脉冲阶段有高的刻蚀靶材的速率，而在关闭脉冲阶段靶表面没有反应物产生，不会使靶材中毒。2、通常HiPIMS靶电压很高，将导致高的化学溅射产额，即使靶表面有不导电化合物也能被刻蚀掉。3、同样的气体稀薄现象不仅影响Ar，还会影响到反应气体使得在电离之后出现反应气体稀薄，如图2所示；在脉冲时间内，Ti离子持续增加，而Ar或者O离子在最初脉冲5-10us内是逐渐增加，随后随着气体稀薄效应而下降；这种金属离子增加和气体离子产生时间上的错开，将有利于反应溅射制备化合物。

总结

1)HiPIMS反应溅射在加氧和减氧测试中不存在迟滞回线

2)HiPIMS中高的金属离化率和高电压都有利于反应溅射过程，获得致密光学涂层