首饰(shi)表面广泛借(jie)助电(dian)镀(du)膜(mo)层(ceng)来(lai)增(zeng)加装(zhuang)饰(shi)效(xiao)果，但(dan)是电镀属(shu)于(yu)高(gao)污(wu)染生产(chan)工(gong)艺(yi)，对(dui)环(huan)境和人体(ti)健康有害[1-2]，加(jia)之(zhi)国(guo)家着力(li)推行(xing)绿色高质量发(fa)展，因(yin)此寻(xun)求环保(bao)的镀(du)膜(mo)新(xin)工(gong)艺(yi)具有(you)重(zhong)要(yao)意义。磁控(kong)溅(jian)射(she)镀膜是在真空(kong)环境下(xia)采(cai)用物理方法(fa)将溅射粒(li)子(zi)沉积到工件(jian)表面(mian)的技术(shu)，俗称“干镀”。与传统(tong)电镀(du)(俗(su)称(cheng)“水镀(du)”)工(gong)艺相(xiang)比，磁(ci)控(kong)溅射(she)具(ju)有(you)显著(zhu)的(de)环保(bao)优势，制(zhi)备的(de)膜层纯度高、厚度均匀(yun)，并(bing)且具有(you)良好的致(zhi)密(mi)性(xing)、结合(he)力(li)和耐(nai)磨性(xing)，已成为装(zhuang)饰镀膜(mo)行(xing)业研发(fa)的(de)主(zhu)流，尤其(qi)在(zai)注(zhu)重膜(mo)层质(zhi)感及(ji)性(xing)能(neng)的(de)高端(duan)细(xi)分(fen)领(ling)域具(ju)备(bei)广(guang)阔(kuo)的市场(chang)前(qian)景[3-4]。
靶(ba)材是(shi)磁控溅(jian)射(she)镀(du)膜(mo)的(de)粒子(zi)来源，由(you)于(yu)贵(gui)金属(shu)靶(ba)材(cai)的(de)一次投入大(da)，靶材的利(li)用(yong)率(lv)、膜(mo)层组(zu)织和性能(neng)、沉(chen)积速(su)率等(deng)都(dou)是(shi)业(ye)界(jie)非常关注(zhu)的问(wen)题，而它(ta)们都(dou)与(yu)靶材表面的(de)刻蚀行(xing)为(wei)密切(qie)相(xiang)关(guan)。靶(ba)材表(biao)面(mian)的(de)刻蚀(shi)行为(wei)受靶(ba)座的磁(ci)场结构(gou)、靶材(cai)结(jie)构、靶材(cai)材质、镀膜(mo)工(gong)艺(yi)等多个(ge)因素的影(ying)响(xiang)[5-6]，但目前(qian)有(you)关装(zhuang)饰(shi)用贵金(jin)属合(he)金(jin)靶(ba)材(cai)刻蚀行(xing)为方面(mian)的(de)研(yan)究(jiu)报(bao)道甚少。本(ben)文(wen)以(yi)首(shou)饰镀(du)膜中广(guang)泛(fan)应(ying)用(yong)的玫瑰(gui)金(jin)Au85来(lai)制(zhi)作(zuo)平面(mian)靶(ba)材，利(li)用(yong)真(zhen)空(kong)磁(ci)控(kong)溅(jian)射(she)镀(du)膜(mo)机(ji)进(jin)行(xing)镀(du)膜(mo)，研(yan)究了靶(ba)电流、溅(jian)射(she)时(shi)间、磁场布(bu)置等因(yin)素对靶(ba)材表面(mian)刻(ke)蚀行(xing)为的(de)影响，以(yi)期为(wei)首饰(shi)真(zhen)空磁控溅射(she)镀膜生(sheng)产提(ti)供指导(dao)。
1、实验(yan)
靶(ba)材材(cai)质为玫(mei)瑰(gui)金(jin)，金含(han)量85%，其(qi)余(yu)为铜和(he)少量其他合(he)金(jin)元素(su)。在(zai)真空(kong)环境(jing)下(xia)将(jiang)玫瑰(gui)金熔(rong)炼并(bing)连(lian)续铸(zhu)造(zao)成板(ban)坯(pi)，接着进行轧压(ya)，达到(dao)所需厚(hou)度后用精(jing)轧机校平(ping)，然(ran)后用(yong)计(ji)算(suan)机(ji)数字(zi)控(kong)制技(ji)术(CNC)将靶(ba)材加(jia)工(gong)成(cheng)116mm×58mm×3mm的(de)长(zhang)方(fang)体平(ping)板(ban)，表面(mian)用(yong)600#砂纸拉沙后借(jie)助压框将玫(mei)瑰(gui)金靶安装(zhuang)在(zai)紫铜背(bei)板(ban)上，形成(cheng)间冷靶。
采(cai)用VLD800型真空镀膜机进行(xing)溅射(she)刻蚀(shi)试验(yan)，镀(du)膜(mo)腔室本(ben)底真空(kong)度(du)控(kong)制(zhi)在5×10−3Pa以下(xia)，工作气(qi)体为(wei)99.999%高(gao)纯(chun)氩气(qi)，溅(jian)射工(gong)作(zuo)真(zhen)空(kong)度控(kong)制(zhi)在(zai)0.4Pa左(zuo)右，靶(ba)电(dian)流(liu)0.5~3.0A，单次(ci)溅射时间2~10min。
从(cong)靶材(cai)加(jia)工产(chan)生的(de)边(bian)角料(liao)中取(qu)样(yang)制(zhi)作(zuo)金相试(shi)样，试样(yang)经(jing)打磨抛(pao)光后(hou)，采用浸(jin)蚀(shi)剂(ji)(2份盐(yan)酸+1份硝(xiao)酸+3份(fen)甘(gan)油)进(jin)行浸蚀。采(cai)用(yong)LEXTOLS4500型(xing)激(ji)光共(gong)聚(ju)焦显微(wei)镜检测(ce)靶材表面(mian)轮(lun)廓(kuo)，采用ThermoApreo2S型扫描(miao)电(dian)镜观(guan)察靶材表面(mian)形(xing)貌(mao)，采(cai)用(yong)BrukerXflash6I60EDS型(xing)能(neng)谱仪进行(xing)微(wei)区成(cheng)分分析(xi)。
2、结(jie)果与讨论(lun)
2.1靶电流(liu)对辉光放(fang)电(dian)的(de)影(ying)响(xiang)
先在(zai)0.5~3.0A的(de)靶电流范(fan)围内(nei)对(dui)靶材进行试溅(jian)射，观察靶面溅射(she)状(zhuang)况。发(fa)现(xian)当(dang)靶(ba)电(dian)流(liu)为0.5~1.0A时(shi)，辉光稳(wen)定(ding)，溅射(she)过程(cheng)较平稳，如(ru)图(tu)1a和图1b所(suo)示(shi)。增大(da)靶(ba)电(dian)流(liu)到1.5A时(shi)，溅射过(guo)程(cheng)基(ji)本平(ping)稳(wen)，但(dan)靶面局部(bu)偶(ou)有跳跃(yue)的火(huo)花(hua)，即发生(sheng)所(suo)谓的“打火”现象。加(jia)大靶电流到(dao)3.0A时(shi)，溅射(she)数(shu)分(fen)钟后就(jiu)出现(xian)靶(ba)材熔穿的(de)情况，如图(tu)1c所示(shi)。
真(zhen)空(kong)镀膜是(shi)在(zai)低(di)气压下(xia)进(jin)行的，图2示(shi)出了溅(jian)射(she)过(guo)程的辉(hui)光(guang)放(fang)电伏(fu)安(an)特性(xing)曲(qu)线(xian)。当(dang)电(dian)流(liu)密度(du)高于D点对应的值(zhi)后，众(zhong)多电子(zi)和(he)原子(zi)碰(peng)撞(zhuang)，导致(zhi)原子中(zhong)的轨道(dao)电子受激(ji)跃迁到(dao)高能(neng)态，而后(hou)又衰(shuai)变(bian)到(dao)基态并(bing)发射光子，大(da)量光(guang)子形成辉(hui)光(guang)，进(jin)入正常(chang)辉(hui)光区(qu)(对(dui)应DE段)，此(ci)时(shi)电(dian)流与电压无关，即(ji)增(zeng)大电(dian)源(yuan)功率(lv)时电(dian)压(ya)不变(bian)，电流(liu)平稳增(zeng)大，放电自动调(diao)整阴极轰击面积，电流密(mi)度的(de)大小主要(yao)与靶(ba)材材(cai)质(zhi)和形(xing)状(zhuang)，以(yi)及(ji)气体种(zhong)类(lei)和(he)压(ya)强(qiang)等因(yin)素有(you)关[7]。当(dang)轰(hong)击(ji)覆盖(gai)整(zheng)个阴极(ji)表(biao)面后，随(sui)着(zhe)电(dian)源功(gong)率(lv)的(de)进一(yi)步(bu)增(zeng)大(da)，放(fang)电电压和电流同时(shi)增大(da)，进(jin)入异常(chang)辉(hui)光(guang)放(fang)电区(对(dui)应EF段(duan))，此时辉光(guang)遍布(bu)整(zheng)个阴(yin)极(ji)，离(li)子层已(yi)无法向(xiang)四(si)周扩散，正离子(zi)层(ceng)向(xiang)阴极(ji)靠(kao)拢，如(ru)要(yao)提高电流密度(du)，必(bi)须增(zeng)大阴极压(ya)降(jiang)，使正离(li)子(zi)具有(you)更(geng)大(da)的(de)能量轰击(ji)阴极(ji)，使(shi)阴极产生更(geng)多二次(ci)电子(zi)[8]。当(dang)电(dian)流(liu)密(mi)度(du)达到某(mou)个(ge)值(zhi)时，极间(jian)电压骤(zhou)降，电(dian)流(liu)剧(ju)增(zeng)，出现低(di)压弧(hu)光(guang)放(fang)电(对应(ying)FG段)，相(xiang)当(dang)于极间短(duan)路，放(fang)电(dian)集中在(zai)阴极局部(bu)，容(rong)易(yi)引起(qi)靶材熔融烧(shao)毁(hui)。由(you)于在正(zheng)常(chang)辉(hui)光区域(yu)功(gong)率(lv)密度不(bu)高，溅(jian)射效(xiao)率(lv)低(di)，因此一般选择(ze)异(yi)常(chang)辉光(guang)放电区(qu)进(jin)行(xing)磁控(kong)溅(jian)射(she)。本(ben)工艺的玫(mei)瑰(gui)金靶(ba)材(cai)是以(yi)压(ya)框(kuang)紧(jin)固的(de)方(fang)式(shi)安(an)装在紫(zi)铜背板上的，主(zhu)要(yao)通过紫铜背(bei)板来进行冷(leng)却(que)。靶(ba)材(cai)厚度(du)有限，在溅射(she)过(guo)程(cheng)中，随着(zhe)刻(ke)蚀深(shen)度的(de)增大(da)，靶材(cai)因氩(ya)离(li)子(zi)高(gao)速轰(hong)击而发(fa)热膨胀(zhang)，产(chan)生拱曲(qu)变(bian)形(xing)，导致靶(ba)材(cai)底(di)面与(yu)紫铜(tong)背板(ban)之间(jian)的缝(feng)隙(xi)加大，影响靶材(cai)的冷(leng)却(que)，靶电流(liu)达(da)到(dao)一(yi)定(ding)值时(shi)，靶(ba)材(cai)温(wen)度将快速上升，并(bing)在(zai)局(ju)部(bu)产(chan)生弧光(guang)放(fang)电(dian)，导(dao)致(zhi)局部熔融(rong)[9]。
2.2磁(ci)场(chang)设(she)置(zhi)对(dui)靶面(mian)刻蚀行为(wei)的影(ying)响
将(jiang)靶电流(liu)设(she)为1.0A，靶(ba)材(cai)溅射累计(ji)60min后(hou)在(zai)超(chao)景深(shen)显(xian)微(wei)镜下(xia)观(guan)察(cha)其刻蚀(shi)区域(yu)形(xing)貌(mao)。如图3所(suo)示(shi)，刻蚀区(qu)呈(cheng)现环(huan)形沟(gou)槽状，表面较明(ming)亮，而邻(lin)近(jin)刻蚀区(qu)的(de)表面(mian)较(jiao)暗，出(chu)现棕色斑(ban)点。
采(cai)用激(ji)光(guang)共聚焦显微(wei)镜(jing)扫描靶材表面(mian)部(bu)分(fen)刻(ke)蚀区域(yu)，结果(guo)如(ru)图4所(suo)示。左图是(shi)靶(ba)面(mian)刻蚀(shi)后(hou)法向(xiang)位(wei)置(zhi)的(de)分布情(qing)况(kuang)，右图(tu)的颜色标尺(chi)对(dui)应靶(ba)面法(fa)向(xiang)的(de)位(wei)置。从(cong)中可(ke)见(jian)，靶材(cai)表面刻(ke)蚀区域呈(cheng)蓝(lan)色(se)，但(dan)不(bu)同(tong)部(bu)位(wei)的蓝色深(shen)浅(qian)不一(yi)，说明存在刻蚀深度不(bu)均匀的现(xian)象。
在刻蚀区域(yu)选择较具(ju)代表性(xing)的7个(ge)位(wei)点(dian)进行断面扫(sao)描(miao)，发(fa)现刻(ke)蚀区(qu)域(yu)的(de)断(duan)面轮(lun)廓呈(cheng)现V形(xing)槽的(de)形状(zhuang)(如(ru)图5所(suo)示)。表(biao)1给(gei)出(chu)了(le)不同(tong)位(wei)点(dian)的刻蚀深(shen)度和(he)斜坡(po)夹(jia)角。从中可知(zhi)，靠近靶材直(zhi)线段(对应(ying)P1−P4)的刻(ke)蚀深(shen)度明(ming)显比(bi)弧形段(duan)(对(dui)应(ying)P5−P7)更深(shen)。除了靠(kao)近(jin)靶(ba)材(cai)端(duan)部的弧(hu)形段刻蚀(shi)区(qu)外，其(qi)余(yu)部位的(de)总夹角基本(ben)一致(zhi)，而(er)且(qie)左(zuo)右(you)两(liang)边(bian)的(de)斜(xie)坡夹(jia)角(jiao)差(cha)异(yi)也较(jiao)小。靶材的(de)溅(jian)射(she)产(chan)额与入(ru)射粒(li)子的入(ru)射(she)角(jiao)有(you)关，斜(xie)入射(she)的溅射产(chan)额高于正入(ru)射的溅射(she)产(chan)额[2]。当入(ru)射(she)角处于(yu)某(mou)数(shu)值范(fan)围(wei)内时(shi)，溅射产额(e)达到(dao)最(zui)大(da)值，入(ru)射(she)角(jiao)过(guo)低(di)或(huo)过(guo)高都不(bu)利于溅射产(chan)额(e)提高，特(te)别是(shi)当入射角(jiao)为(wei)90°时(shi)(即正(zheng)入(ru)射(she))溅射产(chan)额(e)基(ji)本为零。从本(ben)试(shi)验(yan)结(jie)果来(lai)看(kan)，氩(ya)离子(zi)轰击(ji)刻蚀(shi)靶面的(de)平均入(ru)射(she)角(jiao)为75°~76°，该(gai)角(jiao)度的刻蚀(shi)深(shen)度最大(da)。
表面刻蚀区(qu)分布与电(dian)磁(ci)场(chang)设(she)置(zhi)密(mi)切相(xiang)关。本(ben)试(shi)验(yan)的磁场设置(zhi)如图(tu)6所示，水冷槽四周(zhou)紧(jin)密排(pai)列着多个永(yong)磁(ci)铁块，上(shang)端(duan)为(wei)N极，下端为(wei)S极；中心部位也(ye)分段(duan)设(she)置(zhi)了多(duo)个永(yong)磁铁(tie)块，上端(duan)为S极(ji)，下端(duan)为N极(ji)。如(ru)此(ci)，四周(zhou)磁铁(tie)与(yu)中心(xin)磁(ci)铁构(gou)成了1个(ge)环(huan)形磁(ci)场(chang)B，进行溅射作业(ye)时靶(ba)材与基(ji)材之间(jian)施(shi)加的(de)电(dian)场E则与磁场(chang)B共同(tong)构(gou)成(cheng)电磁(ci)场(chang)。
辉光放(fang)电会(hui)形成氩(ya)等(deng)离子(zi)体，其中的(de)氩(ya)离(li)子(zi)在电(dian)场作(zuo)用下向(xiang)阴极(ji)靶(ba)材移动，穿(chuan)过(guo)阴极暗(an)区时得(de)到(dao)加速，轰(hong)击靶(ba)材，溅(jian)射(she)出靶材原(yuan)子和(he)二(er)次电子。根据(ju)磁控(kong)放(fang)电原(yuan)理(li)，靶(ba)材表面的磁场(chang)强(qiang)度可(ke)分解(jie)为(wei)平(ping)行于电(dian)场和(he)垂直于电(dian)场(chang)两个矢量的分强(qiang)度，分别(bie)用(yong)Bp和Bv表示。Bp与(yu)电(dian)场(chang)E形成(cheng)正交(jiao)电(dian)磁场，电(dian)子(zi)在正(zheng)交(jiao)电磁场中受到(dao)洛伦(lun)兹(zi)力F的作(zuo)用，即F=q(E+v×B)，其(qi)中(zhong)B为磁场(chang)强(qiang)度(du)，E为(wei)电(dian)场强度(du)，q为(wei)电子(zi)电量(liang)，v为(wei)电子运(yun)动(dong)速(su)度。如图7所示(shi)，二(er)次(ci)电子被洛伦(lun)兹(zi)力(li)束缚(fu)在(zai)靶(ba)材表(biao)面做轮摆(bai)线运动(dong)，即一(yi)边(bian)做圆(yuan)周(zhou)运动(dong)，一边做(zuo)切割(ge)磁力线(xian)的飘移(yi)运动，增加(jia)了电(dian)子(zi)与气(qi)体(ti)原子(zi)的碰(peng)撞(zhuang)概(gai)率(lv)，使氩原(yuan)子离(li)化率提高，在(zai)电场(chang)作用下(xia)返(fan)回(hui)靶(ba)表(biao)面(mian)进(jin)行(xing)溅(jian)射(she)的氩离(li)子密(mi)度增(zeng)大(da)，溅射速率(lv)随之(zhi)提(ti)高[10-11]。溅射出来的中性(xing)原子(zi)则(ze)不受电(dian)磁场的约束(shu)，而向(xiang)基(ji)体(ti)迁(qian)移(yi)，最后(hou)在基(ji)体表(biao)面(mian)沉积成(cheng)膜(mo)。
由(you)于靶面(mian)不(bu)同(tong)部(bu)位的磁(ci)力线(xian)分(fen)布不同(tong)，靠近(jin)磁(ci)铁(tie)的(de)磁力线(xian)密集，远离磁铁(tie)的磁力(li)线(xian)稀(xi)疏(shu)。电(dian)子做(zuo)摆线(xian)运动时，其(qi)回旋(xuan)半(ban)径(jing)R与磁(ci)场强(qiang)度B呈反比(bi)，即R=mv/(qB)，其中m为(wei)电子质(zhi)量(liang)。但(dan)电(dian)子在磁力(li)线(xian)密集(ji)区(qu)时(shi)回(hui)旋(xuan)半(ban)径小(xiao)，运(yun)行(xing)路(lu)程(cheng)短，与气(qi)体碰撞(zhuang)的作(zuo)用较(jiao)弱(ruo)，氩(ya)离(li)子产(chan)生的(de)概(gai)率(lv)及(ji)其(qi)能(neng)量都(dou)较小(xiao)，使该处(chu)对靶(ba)材的刻蚀深度较浅。在电(dian)子(zi)从磁力线密集(ji)区运(yun)动到(dao)稀疏(shu)区的过(guo)程(cheng)中(zhong)，电子的(de)回(hui)旋半(ban)径逐渐增(zeng)大(da)，运(yun)动(dong)路(lu)程(cheng)加(jia)长(zhang)，与气(qi)体(ti)碰撞产生(sheng)氩(ya)离(li)子(zi)的概(gai)率也增大(da)；同时氩(ya)离(li)子(zi)在(zai)电(dian)场(chang)作用下加(jia)速(su)飞(fei)向靶材的飞行(xing)距(ju)离(li)加(jia)大(da)，其(qi)到(dao)达(da)靶面时获(huo)得(de)的能量也更大(da)，于是(shi)靶材(cai)表面被刻蚀(shi)的深(shen)度逐渐(jian)加大。当(dang)电(dian)子(zi)运(yun)动(dong)到(dao)磁力(li)线(xian)最高点时(shi)，回旋(xuan)半(ban)径R及(ji)平(ping)行于电场(chang)的磁场分强(qiang)度(du)Bp均达到最大值(zhi)，对电子(zi)的(de)约束(shu)力(li)也最(zui)强(qiang)。电子(zi)集(ji)中在此(ci)区域(yu)，与(yu)氩(ya)原(yuan)子碰(peng)撞概率(lv)及(ji)形成(cheng)的氩(ya)离(li)子密(mi)度(du)最大，对(dui)靶(ba)材(cai)的刻(ke)蚀作用也最(zui)强(qiang)。正(zheng)是由(you)于电子在(zai)正(zheng)交(jiao)电(dian)磁(ci)场(chang)的运动(dong)特点(dian)，靶(ba)材表面才(cai)形成(cheng)了(le)V形(xing)刻(ke)蚀沟(gou)槽(cao)。
当(dang)刻(ke)蚀(shi)区域接近(jin)靶(ba)材两端(duan)时，刻蚀(shi)深度(du)减小(xiao)。这(zhe)是(shi)因为本试验(yan)中(zhong)的(de)矩(ju)形平(ping)面(mian)靶磁场(chang)存(cun)在(zai)端部(bu)效应，端部的(de)磁场相(xiang)比(bi)于中间(jian)部位(wei)更强，造(zao)成端部氩离(li)子对(dui)靶面(mian)的(de)刻蚀(shi)作(zuo)用(yong)较小(xiao)，刻蚀深度也(ye)就(jiu)浅一(yi)些(xie)。
2.3功(gong)率密度对(dui)刻蚀(shi)区(qu)形(xing)貌的影(ying)响(xiang)
图(tu)8所示(shi)为(wei)靶(ba)材(cai)表面的初始形(xing)貌(mao)与抛(pao)光(guang)+浸蚀后(hou)的(de)形貌。由(you)于(yu)经(jing)过(guo)拉沙(sha)处理，靶(ba)材表面明(ming)显(xian)可见砂痕(hen)，沙面总(zong)体(ti)均匀(yun)；另外(wai)由(you)于靶(ba)材(cai)经过轧压(ya)处理，因(yin)此(ci)呈现(xian)典(dian)型(xing)的(de){011}<211>织(zhi)构。图(tu)9是靶材(cai)经(jing)不同(tong)靶(ba)电(dian)流(liu)溅(jian)射后(hou)刻(ke)蚀槽(cao)底(di)部(bu)的(de)微观(guan)形(xing)貌(mao)。
采用激光共聚(ju)焦(jiao)显(xian)微(wei)镜检测刻(ke)蚀(shi)区的表面(mian)积(ji)S，再(zai)根据溅(jian)射(she)过(guo)程中的靶电(dian)流(liu)I及相应的(de)靶电(dian)压U，按(an)照功率(lv)密(mi)度(du)D=IU/S计(ji)算出不(bu)同靶(ba)电流时的功(gong)率(lv)密(mi)度(du)，结(jie)果如(ru)图(tu)10所示(shi)。随着(zhe)靶(ba)电(dian)流的(de)增大，作用(yong)在(zai)刻蚀(shi)区的(de)功率(lv)密度增(zeng)大(da)。
当(dang)靶(ba)电(dian)流(liu)为0.5A时，功率密(mi)度低(di)(约(yue)12W/cm2)，靶(ba)面(mian)温升小(xiao)，其(qi)表面基(ji)本(ben)保(bao)持(chi)着(zhe)最初(chu)的(de)晶(jing)粒取(qu)向(xiang)，靶(ba)面粒(li)子(zi)以(yi)碰(peng)撞(zhuang)溅射(she)方式脱离，在高倍(bei)下可(ke)见大(da)量(liang)的阶梯(ti)状直(zhi)线(xian)条纹(见图9a)。这说(shuo)明氩离子轰(hong)击(ji)靶(ba)面时(shi)，靶(ba)材(cai)粒(li)子(zi)会(hui)优(you)先(xian)沿着(zhe)某个(ge)晶(jing)面(mian)逐(zhu)层(ceng)溅射出来。靶(ba)电(dian)流(liu)增大到(dao)1.0A时，功率密度增(zeng)大到28W/cm2左(zuo)右(you)，氩离(li)子(zi)碰(peng)撞(zhuang)溅射的(de)强度(du)和(he)频(pin)次增(zeng)大(da)，靶面(mian)温(wen)度上(shang)升(sheng)，使(shi)择(ze)优(you)取(qu)向的(de)晶粒(li)逐步发生再结晶，形成(cheng)不(bu)同取向的(de)多晶结构(gou)，阶(jie)梯(ti)状(zhuang)直(zhi)线条纹更(geng)加(jia)清晰(见(jian)图(tu)9b)，并且不同(tong)取向(xiang)的(de)晶(jing)粒(li)经(jing)溅射(she)后，它们(men)的(de)显(xian)微形貌(mao)有(you)明(ming)显差异(yi)。增大靶(ba)电流(liu)到1.5A时对(dui)应的功(gong)率(lv)密(mi)度(du)为47W/cm2，刻蚀(shi)槽底部(bu)表(biao)面呈(cheng)现(xian)密(mi)集的(de)乳(ru)突状形(xing)貌，乳(ru)突间(jian)存(cun)在(zai)空隙，乳(ru)突(tu)顶面(mian)存(cun)在(zai)台(tai)阶(jie)纹(见图9c)；局部还(hai)出(chu)现(xian)一些光(guang)滑的(de)凹(ao)状斑(ban)，在高倍下看呈(cheng)典(dian)型(xing)的(de)等(deng)轴(zhou)状(zhuang)晶(jing)粒(li)形貌(mao)(见图9d)，这些部位与偶(ou)发的(de)弧(hu)光放电(dian)位置(zhi)有(you)较(jiao)好(hao)的对(dui)应性(xing)，说明靶(ba)面(mian)离子(zi)的(de)溅射方(fang)式发生(sheng)了改(gai)变。靶(ba)电流的提高增大了功(gong)率密度(du)，氩(ya)离(li)子撞(zhuang)击靶面(mian)的频次与(yu)动能随之增加，引(yin)起(qi)靶(ba)面温度(du)明显升(sheng)高，刻(ke)蚀区域(yu)内的(de)靶面发(fa)生(sheng)充分的(de)再(zai)结晶(jing)，晶(jing)界(jie)被(bei)优先溅射，晶(jing)界(jie)处的(de)原(yuan)子(zi)和离子(zi)快速(su)离开(kai)，沿着(zhe)晶界向(xiang)晶内逐(zhu)渐(jian)扩(kuo)展(zhan)而形(xing)成乳突状的(de)形(xing)貌。同时(shi)，功(gong)率密度(du)提高为(wei)靶(ba)面(mian)电(dian)子(zi)和(he)原子(zi)的热发射脱靶创造(zao)了(le)条(tiao)件[12-13]，电(dian)子会(hui)在晶界(jie)、缺陷等低(di)逸出(chu)功区(qu)域发生明(ming)显(xian)的聚(ju)集性逸出(chu)，引起(qi)弧光放电，并由(you)此(ci)产(chan)生了高(gao)密度等离(li)子(zi)体(ti)，使(shi)局(ju)部靶(ba)面瞬间(jian)被加(jia)热到极(ji)高(gao)温(wen)度而熔化(hua)、蒸发(fa)甚(shen)至喷射(she)，形成(cheng)整平(ping)效果，在(zai)碰撞(zhuang)溅(jian)射(she)和热发(fa)射的(de)联合(he)作(zuo)用下，在晶界、亚(ya)晶(jing)界等(deng)部位(wei)的粒(li)子(zi)优(you)先脱(tuo)离(li)，使该(gai)区(qu)呈现(xian)出(chu)等轴(zhou)晶粒(li)。如(ru)果(guo)靶材(cai)的(de)冷(leng)却(que)效果不佳时，或进一步(bu)提高(gao)靶电流(liu)，则(ze)弧光(guang)放电的(de)程度(du)加强，使(shi)该(gai)区(qu)温度(du)激(ji)增(zeng)，直至引起(qi)靶(ba)材(cai)被(bei)熔(rong)穿，图(tu)1c所示(shi)靶(ba)电(dian)流(liu)为3.0A时(shi)的(de)实验结果即(ji)验证(zheng)了(le)这(zhe)点。
3、结(jie)论
1)试(shi)验(yan)矩形(xing)平面靶(ba)在(zai)靶(ba)电(dian)流为(wei)0.5~1.0A时，辉(hui)光稳(wen)定，溅(jian)射(she)过程(cheng)较平(ping)稳(wen)；靶电流为(wei)1.5A时(shi)，偶(ou)有弧光放电现象(xiang)发生(sheng)；靶(ba)电流(liu)为(wei)3.0A时(shi)，在(zai)短(duan)时间(jian)内(nei)就(jiu)出现(xian)靶材熔(rong)穿的(de)问题(ti)。
2)电子(zi)在(zai)正(zheng)交(jiao)电磁(ci)场的(de)运(yun)动特(te)点(dian)导致靶(ba)材(cai)表(biao)面形成了V形(xing)刻(ke)蚀沟(gou)槽(cao)，刻(ke)蚀区斜坡与(yu)靶面法(fa)向(xiang)夹(jia)角(jiao)平均(jun)为75°~76°。靶(ba)座(zuo)的(de)磁(ci)场(chang)布置存在端(duan)部效应(ying)，使(shi)刻(ke)蚀(shi)槽(cao)的(de)深(shen)度分(fen)布不(bu)均(jun)。
3)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)为12~28W/cm2时(shi)，靶(ba)材(cai)粒(li)子会优(you)先(xian)沿(yan)着某(mou)个晶面逐层(ceng)溅射出来(lai)，形成(cheng)阶梯状直线(xian)条纹(wen)；随(sui)着功率(lv)密度提高(gao)，阶梯(ti)状(zhuang)直线(xian)条纹更加清(qing)晰(xi)；功率密(mi)度(du)为47W/cm2时(shi)，靶面(mian)层晶(jing)界被优(you)先溅(jian)射(she)，形成乳(ru)突(tu)状(zhuang)显(xian)微形(xing)貌(mao)，并(bing)在(zai)局(ju)部呈现(xian)等(deng)轴(zhou)晶(jing)粒(li)。
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