HiPIMS中不同脉冲波形制备氧化铌薄膜

用5cm直径的Nb靶材，用HiPIMS，MPPMS和DC电源做对比测试不同电源模式下的氧气进气迟滞回线测试，如下图；

图1，不同制备技术下的氧气迟滞曲线与溅射速率

a）为测试增加氧气和降低O₂时，不同电源功率变化（电压变化）曲线，DC溅射时存在明显的迟滞现象，氧气工艺窗口非常窄，从金属态到中毒态只有1sccm的氧含量变化，而MPPMS和HiPIMS加氧气的工艺窗口非常大，不容易中毒。

b）NbO溅射速率与O₂含量，DC溅射中毒之后，溅射速率从最高直线下降，而HiPIMS充氧含量对溅射速率影响不大，没有明显台阶，相对于MPPMS技术，其溅射速率更高；

   测试不同溅射模式和氧含量下的，辉光离子含量，如图2所示：

图2，不同模式下产生离子类型及含量

a）是纯Ar下，不同电源的光谱发生强度测试，HiPIMS状态下，主要为Nb+和Nb₂+离子，而DC溅射，主要为Nb原子。b）在O₂/Ar混合气体下，HiPIMS和DC区别基本一致，HiPIMS离化率更高；

HiPIMS在制备氧化物时，其O₂进气量的范围更宽，也不容易中毒，工艺窗口更宽。产生这种现象的原因：主要是HiPIMS状态下，产生的高电压，和高峰值电流，从辉光角度，HiPIMS电源下，能获得更多含量的Nb+和氧离子，更容易生产氧化铌。

测试不同溅射模式下制备氧化铌的折射率如图3所示：

图3，不同制备方法下膜层折射率差别

不同电源制备Nb₂O₅薄膜不同波长的N，k值曲线；用HiPIMS制备的Nb₂O₅的在560nm处n值最高=2.336，而DC的最低为2.309，主要是HiPIMS制备Nb₂O₅的致密度高，膜层质量好，其折射率高。