Effet du courant de source d'arc sur la morphologie de surface des films minces d'étain

La figure 1 montre l'image électronique secondaire MEB de la morphologie de surface du film préparée à différentes intensités de courant de source d'arc. On peut voir que lorsque le courant de source d'arc augmente, le nombre de gouttelettes sur la surface du film augmente, la taille devient également plus grande et la qualité de surface du film diminue.

a) I = 40A, b) I = 50A, c) I = 70A, d) I = 80A, e) I = 90A, f) I = 100A

Fig.1 Morphologie de surface des films de TiN produits sous différents courants de source d'arc

Le courant de source d'arc a un plus grand impact sur le nombre et la taille des gouttelettes sur la surface du film. Du principe de base du placage ionique à l'arc, on sait que sous vide, la cathode métallique (cible de source d'arc) et l'électrode de déclenchement déclenchent à une tension d'impulsion de 10 kV, alors que l'arc cathodique a une forte densité de courant de décharge (106 A / cm2 ~ 108 A / cm2) et se concentre sur une très petite zone d'arc de 5μm à 6μm (Figure 2), résultant en une température élevée au-dessus de 6000 ° C, permettant l'évaporation rapide du matériau cathodique tout en générant émission de champ thermique intense et ionisation pour former un plasma métallique à haute densité. Parce que la densité de puissance du point d'arc est trop concentrée, le bassin d'arc est plus profond et forme un volume de liquide excessif. Lorsque le point d'arc émet des particules (électrons, ions, atomes, groupes d'atomes, etc.), les particules ont également un effet anti-corrosion sur la surface du liquide de la tache d'arc. Il fait accélérer les ions à travers le potentiel de la gaine à la surface du liquide tout en bombardant le liquide avec une grande énergie cinétique, de sorte qu'un grand nombre d'atomes liquides dans le bain reçoivent simultanément beaucoup plus d'énergie que l'énergie de liaison, les atomes concentrent l'émission pour former une émission de gouttelettes. Plus la densité de puissance de décharge de la cible de source d'arc est grande, plus la masse de soudure formée à la surface de la cible de source d'arc est grande et plus le diamètre de la tache est important. L'expression est:

P = IU / S

I-Courant de décharge moyen; Tension U-Discharge; S-Surface de la cible de la cathode

D'après l'équation, on peut voir que le courant de source d'arc augmente, la densité de puissance de décharge cible de source d'arc augmente en conséquence, la quantité et la taille des gouttelettes générées augmentent également pour diminuer la qualité de surface du film.

N: Azote, M: gouttelettes de Ti. Le processus principal: déplacement des particules A-positives vers le substrat, dépôts de particules B-neutres sur le substrat, pulvérisation secondaire de particules C-neutres, pulvérisation secondaire de gouttelettes D-Ti, cibles de pulvérisation de particules E. Principales réactions: X + e-1 → X * + e-1, X * → X + hv, particules X-neutres, particules X *, énergie hv, lorsque les ions Ti et les ions N se rencontrent sur le substrat, TiN est formé.

Fig.2 Processus de formation d'un film TiN multi-arc ionique et de gouttelettes de surface

Pendant le vol de la cible de la source d'arc au substrat (échantillon) des gouttelettes pulvérisées à partir de la cible de la source d'arc cathodique, certaines particules entrent en collision avec d'autres et deviennent plus petites, mais certaines sont encore grandes. de gouttelettes dans la surface du film de TiN. De plus, avec l'augmentation du courant de la source d'arc, certaines piqûres apparaissent sur la surface du film. Plus le courant est important, plus ce phénomène est évident, on peut le voir à partir de la Fig. 1. Ces creux sont formés par la goutte des gouttelettes qui ont pulvérisé sur la surface. Lorsque le courant de la source d'arc augmente, la vitesse de vol des gouttelettes pulvérisées est importante, et elles ne vont pas directement entrer en collision avec d'autres particules dans l'atmosphère du plasma et atteindre directement la surface du substrat (échantillon). Si ces particules de gouttelettes ne peuvent pas être pulvérisées par la pulvérisation secondaire inverse (D sur la figure 2), elles resteront dans le film et certaines d'entre elles pénétreront même le film entier du substrat (comme indiqué par les flèches A et B sur la Fig. 3). Plus le courant de la source d'arc est grand, plus ce phénomène sera évident.

Fig. 3 Grosses gouttelettes pénétrant le film de TiN