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改进的溅射技术有助于减轻钨薄膜的压力

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7月5日2021年审查琼·纽金特（Joan Nugent）

在东京都会大学，科学家采用了高功率脉冲磁铁散射（HIPIMS）来制作具有无与伦比的低薄膜应力的钨薄膜。

改进的溅射技术有助于减轻钨薄膜的压力。 — （左上方）HIPIMS过程的例证。（右上）随着时间的推移，钨离子到达底物的能量分布。在短时间内，有很大一部分具有高能量的离子。（底部）由选择性脉冲偏置技术产生的无压力钨膜。（a）膜的平面图透射电子显微镜（TEM）图像；（b）更高的分辨率图像；（c）基于逆傅立叶变换（b）中所选区域的重建，两个区域放大。图片来源：东京都会大学。

研究人员减少了杂质和缺陷，以低至0.03 GPA的应力发展结晶膜，类似于通过退火而实现的晶体膜，通过以微秒精度改善“底物偏置脉冲”的时机。该研究具有有效的途径，可以为电子部门制作金属薄膜。

现代电子设备基于薄金属膜在表面上的复杂和纳米级沉积。尽管这听起来更容易，但事实并非如此。如果无法正确执行，则“胶片强调”从胶片的显微镜内部结构中浮现出来，多年来可能导致弯曲和屈曲。通常，消除这种压力通常需要加热或“退火”。

可悲的是，例如，大多数最佳的金属都可以表现出高熔点，这意味着膜必须加热到1000°C以上。除了能源密集型外，这还严重限制了可以利用哪种底物材料。亚博网站下载这场比赛正在制作具有高熔点而没有这种压力的金属的电影。

由东京大都会大学副教授Tetsuhide Shimizu领导的研究小组一直在研究一种称为“高功率脉冲磁铁散射”（Hipims）的方法，这是一种溅射技术。

溅射涉及在整个金属“靶”和底物中使用高压，从而制造了带电气体的等离子体，该气体原子的等离子体轰击金属靶标并产生带电的金属蒸气。这种金属离子倾向于飞向形成膜的底物。

就HIPIM而言，电压在短而强的突发中脉冲。在每个脉冲之后，金属和气体离子在底物的到来之间存在一定的分离 - 同步的“底物偏置”脉冲可以选择性地加速金属离子，从而使薄膜更密集。然而，尽管采取了多种措施，但残留压力的问题仍然相同。

目前，研究人员研究了在Tungsten和Argon Gas Target的帮助下，随着时间的推移，具有各种能量的离子如何随着时间的流逝而到达底物。他们没有在HIPIMS脉冲时同时使用偏置脉冲，而是利用了各种离子到达何时到达并添加少量延迟（60μs）的专业知识，以准确选择高能金属离子何时到达。

研究人员发现，这有助于减少薄膜中最终的气体量，并有效地传递高水平的动能。结果是薄膜的致密晶体膜，薄膜应力低，谷物较大。

使偏见更加强大，有助于影片变得极大的压力。实际上，有效地向电影传递了能量，这意味着他们在膜沉积时也获得了类似的效果。

此外，将Argon换成K依克顿，使研究人员能够达到低至0.03 GPA的压力的膜，相当于可以通过通量后产生的胶片。

无压力膜的有效途径将对金属化过程以及下一代电路的生产产生相当大的影响。该技术可能用于其他金属，并具有为电子领域巨大收益的潜力。

这项研究得到了日本科学促进协会（JSP），瑞典研究委员会（No. VR 2018-04139）和瑞典政府的促进国际研究基金（No.17kk0136）的财务支持。亚博老虎机网登录Linköping大学功能材料材料科学的战略研究领域（亚博网站下载教职员工亚博老虎机网登录SFO-MAT-LIU No. 2009-00971）。