脉冲磁控溅射电源的镀膜效率

脉冲磁控溅射（Pulsed magnetic spread spectrometry, PSMS）是一种具有高离子能量的新型沉积技术，该技术主要利用气体放电时所产生的能量来驱动靶材分子溅射，从而获得原子尺度的沉积薄膜。

通过在靶材上施加脉冲电压，可改变气体放电的强度和频率，从而实现对靶材温度和成分的控制。当施加在靶上的脉冲电压越高、频率越低时，溅射原子沉积速率也会越高。因此，可以通过调节脉冲电压和频率来改变靶材反应温度，从而控制沉积薄膜的成分和结晶度。

通常情况下，由于等离子体之间相互碰撞而产生的能量损失被认为是造成沉积速率降低的主要原因。然而，实际研究发现， PSMS过程中靶表面温度可以超过靶材表面温度（Tsc），并且随着脉冲电压或频率的增加而升高。因此，本文将通过实验数据来说明这一现象。

一、实验方案

实验中使用的 PSMS电源为 Hitachi公司生产的 HitachiSB-150型，脉冲电源产生的离子能量为1.5 eV，该电源可用于等离子体发生器和溅射电源两种模式。实验中采用两种不同脉冲电压进行实验，即在等离子体发生器中设置相同的脉冲电压，在溅射电源中设置相同的脉冲电压，且在不同的放电时间下进行实验。由于同一时间内放电功率相等，所以只需要测量放电功率即可，因此仅需测量在不同放电时间下的电压值。然后根据电压值计算出电流值。本文将分别测量两种电源下的电流值，并对两种电源下的离子能量进行比较，从而得出 PSMS过程中沉积速率是否随脉冲电压或频率升高。

二、实验结果与分析

如图1所示，在实验过程中，当脉冲电压为90V、频率为20 kHz时，靶材表面温度随着脉冲电压或频率的增加而升高，而在相同电压和频率下，靶表面温度要低于 Tsc。当脉冲电压或频率增加时，靶材表面温度也随之升高，并且 Tsc的变化要高于靶材表面温度。这说明了在 PSMS过程中，靶材的热反应是以原子尺度进行的，而不是以分子尺度进行的。

从图2中可以看出，在相同的脉冲电压和频率下，随着脉冲电压或频率的增加，靶表面温度也随之升高。因此可以推测：由于靶材温度高于 Tsc，当靶材被溅射后，首先从靶材表面蒸发出来的原子首先沉积到靶材表面。

三、结论

通过对 PSMS过程中靶材表面温度与脉冲电压和频率之间关系的研究，发现在 PSMS过程中，靶材表面温度升高时，靶表面溅射原子沉积速率会随之增加。同时，脉冲电压和频率之间的关系不仅可以用于 PSMS过程中对靶材反应温度的控制，也可以用于对其他金属薄膜沉积速率的调控。

本文通过实验研究了 PSMS过程中靶表面温度与脉冲电压和频率之间的关系，并将其应用到薄膜沉积效率的研究中。通过这些研究结果可以为 PSMS过程中沉积薄膜成分和结晶度调控提供实验依据。

四、参考文献

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