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先進物理鍍膜實驗室(Ⅱ)

          

負責人

李志偉 老師

負責人分機

4437

地點

薄膜中心2F

實驗室分機

4482

 

 

 

   

管理者:薆如(#4436)、洪聖栢(#4436)

設備原理

高功率脈衝磁控濺鍍系統(HIPIMS,High Power Impulse Magnetron Sputtering) 是一種以高功率脈衝電源進行磁控濺鍍的技術,透過產生比傳統直流濺鍍模式要高上數十倍之瞬間脈衝電流,得到比直流濺鍍要高上百倍至萬倍的電子密度的高密度電漿,而此HIPIMS鍍膜系統可有效提高被濺射粒子的離化率,並可在低基材溫度下得到無孔隙、緻密度高、結晶性佳的薄膜。

        HIPIMS技術的關鍵核心為電源供應器,其設計主要是應用一組直流電源負載於脈衝模組中的電容,再將脈衝模組連接於靶座。將直流電源供應器的電能累積至充電電壓可達數百、數千伏特的脈衝模組電容中,再以電晶體控制放電的脈衝時間、脈衝頻率,以產生高密度電漿。

上圖為HIPIMS鍍膜系統的照片。本系統共有三個靶槍,可同時運作,因此經過適當參數調控之後,可獲得極佳薄膜品質。本系統之工作時間(Ton)可控制在5至5000 ms之間,脈衝頻率可控制於10 Hz到10 kHz 範圍,使得電源供應器在Ton期間可供應靶材高達kW/cm-2 的脈衝功率密度,同時又要保持著適當的熄火時間(Toff) ,讓靶材與磁鐵充分散熱,以確保薄膜沉積過程的電漿穩定性。

實驗數據:

上圖左與上圖右分別為使用HIPIMS沉積的氮化鉻鋁(AlCrN)與氮化鈦(TiN)薄膜的截面形貌,可發現兩者薄膜都很緻密,且其硬度高、附著性質極好,具有優異的機械性質,因此HIPIMS鍍膜技術對於提升薄膜品質也有極大的助益,是發展薄膜科技的利器。

儀器照片:

儀器功能:

1.    可控制脈衝頻率、脈衝工作週期,以獲得高密度電漿,進而沉積緻密的薄膜。

2.    可進行金屬薄膜、金屬玻璃薄膜、合金薄膜、氮化物薄膜、氧化物薄膜、碳化物薄膜與、碳氮化物薄膜與氮氧化物薄膜之研究。

 

 

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