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摘 要

本实验利用微弧离子镀设备在单晶硅片上沉积钛镀层，通过记录伏安特性曲线，寻找微弧区间；对靶材进行热力学分析，计算沉积速率、离化率、镀料粒子总量，探究电流密度对上述动力学参数的影响；根据等离子体光强知识，寻找热发射边界。实验研究表明：第一，实验的伏安特性曲线表明实验从8A（对应电流密度j=0.178A/cm²）后进入微弧区间，由靶面T-t曲线知升温曲线以j=0.178A/cm²为分界，并根据等离子体光谱对不同电流密度399nm（误差范围内）Ti 溅射量分析得j=0.178A/cm²为热发射边界；第二，靶材表面颗粒度大小随电流密度增大而增大，利用扫描电镜对靶材腐蚀后的形貌分析得出“择优融化”效应；第三，各项动力学参数随电流密度先增后减，在0.200A/cm²镀料粒子总量、沉积速率、离化率最好。

关键词：伏安特性 热力学 动力学 等离子体光谱

Effect of titanium target current density on the discharge process

Abstract

This experiment using micro-arc ion plating equipment to deposite titanium coating on monocrystalline silicon slice, by recording volt-ampere characteristic curve, seek micro-arc region; thermodynamic analysis was carried out on the target material, calculate the deposition rate, ionization rate and total plating material particles, to find out the effects of current density on the kinetic parameters; according to the knowledge of plasma intensity to seek the thermal emission border. The study indicates: first, the volt-ampere characteristic curve of experiment shows that the experiment enter into Micro-arc region at the I of 8 A (j of 0.178A/cm²), the j of 0.178 A/cm² sets as the boundary for T-t curve of the target surface, the j of 0.178A/cm² is the thermal emission boundary according to the analyzes of the amount of Ti sputtering plasma spectrum at different current density, in wavelength of 399nm (margin of error); second, the size of granularity the surface target is increasing with current density, using scanning electron microscopy analyzes the corrosion surface of target gets the effect of "preferred melt"; third, the kinetic parameters increases along with the current density first then decreases, total plating material particles, deposition rate, ionization rate at the j of 0.200 A/cm² is the best.

Keywords: Volt-ampere characteristic; thermodynamics; dynamics;

plasma spectrum

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2气相沉积技术 1

1.3 等离子体的概述 2

1.4气体放电伏安特性曲线 3

1.4.1汤生放电 3

1.4.2辉光放电 4

1.4.3弧光放电 5

1.4.4微弧放电 6

1.5实验涉及的沉积技术简介 6

1.5.1磁控溅射技术 6

1.5.2 多弧离子镀技术 8

1.5.3微弧离子镀 9

1.6课题研究 10

1.6.1国内外研究现状 10

1.6.2课题目的 10

1.6.3课题研究内容 10

第二章 实验条件和方法 12

2.1实验基材及预处理 12

2.2设备及工艺简介 12

2.2.1设备简介 12

2.2.2工艺流程及参数选择 13

2.3 靶面温度检测 14

2.4扫描电镜（SEM）显微观察 14

2.5等离子体光强分析 15

第三章 实验结果分析与讨论 17

3.1实验过程的伏安特性记录 17

3.2靶材放电过程的热力学分析 18

3.2.1靶面温度变化 18

3.2.2靶材形貌变化 19

3.3靶材放电过程的动力学分析 23

3.3.1沉积速率及离化率分析 23

3.3.2镀料粒子总量的计算 24

3.4 等离子体光谱分析 25

第四章 结论 29

参考文献 30

致谢 33

第一章 绪论

1.1引言

表面工程是指通过表面预处理后，再利用表面涂覆、表面改性、表面合成材料技术等处理，使材料或零件的表面具有特定的成分、组织结构、性能以及应力状况等，从而获得满足特定表面性能的系统工艺^[1]。

表面工程的特点及内涵主要表现为下面三个方面^[2]。第一：主要作用在基材表面，以表面与基体的良好配合来提高材料的整体性能；第二：能用尽量少的能源和材料来得到比基体材料更优异的性能，是节能节材的重要途径；第三：新的表面工程新技术更加绿色环保，是取代传统表面工程技术减轻对环境的负面影响的重要方法。因此，表面工程在各个领域发挥着越来越重要的作用。

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