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大功率脉冲磁控溅射中的气体击穿与放电形成

DOI：10.1109/TPS.2018.2889696 期刊：IEEE Transactions on Plasma Science 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 研究了不同靶材在高功率脉冲磁控溅射中的放电行为，观察到显著的电流-电压曲线和靶电流波形差异。随着元素在周期表中族和周期的原子序数增加，击穿电压和最大靶电流呈现周期性下降。研究发现靶电流密度主要受二次电子发射产率影响，因此其数值无法直接评估高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）过程中溅射原子的电离程度。本文通过分析电压电流特性，探讨了二次电子发射、溅射产率和电离能对溅射原子电离程度的交互影响。据此可将靶材按电离程度分为三类：1）低电离度靶材（如Ag和C，<10%）；2）中等电离度靶材（如Cr和Cu，分别为55%和35%）；3）存在第二电离过程的Ti、Zr和Mo靶材。这些结果为先进HiPIMS应用提供了直观的操作参数范围。
作者： Xiao Zuo，Rende Chen，Peiling Ke，Aiying Wang
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究不同靶材在高功率脉冲磁控溅射中的放电行为，包括气体击穿、电流-电压特性以及溅射原子的电离程度，以理解其相互作用影响并为应用提供操作范围。

研究成果

高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）中的放电行为因靶材材料而异，受功函数、二次电子发射产额、溅射产额和电离能的影响。根据电离程度，靶材被分为三类，这对沉积速率和稳定性具有影响。研究结果为优化薄膜和涂层技术中HiPIMS的应用提供了实用指导，并建议对其他材料和条件进行进一步探索。

研究不足

OES数据仅提供关于HiPIMS放电的定性信息。该研究未考虑铁、钴和镍等铁磁性材料。电离度计算采用了一定简化假设（例如某些情况下忽略二次电离过程），这可能影响准确性。

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