HiPIMS中不同脈沖波形制備氧化鈮薄膜

用5cm直徑的Nb靶材，用HiPIMS，MPPMS和DC電源做對比測試不同電源模式下的氧氣進氣遲滯回線測試，如下圖；

圖1，不同制備技術下的氧氣遲滯曲線與濺射速率

a）為測試增加氧氣和降低O₂時，不同電源功率變化（電壓變化）曲線，DC濺射時存在明顯的遲滯現象，氧氣工藝窗口非常窄，從金屬態到中毒態只有1sccm的氧含量變化，而MPPMS和HiPIMS加氧氣的工藝窗口非常大，不容易中毒。

b）NbO濺射速率與O₂含量，DC濺射中毒之后，濺射速率從最高直線下降，而HiPIMS充氧含量對濺射速率影響不大，沒有明顯臺階，相對于MPPMS技術，其濺射速率更高；

   測試不同濺射模式和氧含量下的，輝光離子含量，如圖2所示：

圖2，不同模式下產生離子類型及含量

a）是純Ar下，不同電源的光譜發生強度測試，HiPIMS狀態下，主要為Nb+和Nb₂+離子，而DC濺射，主要為Nb原子。b）在O₂/Ar混合氣體下，HiPIMS和DC區別基本一致，HiPIMS離化率更高；

HiPIMS在制備氧化物時，其O₂進氣量的范圍更寬，也不容易中毒，工藝窗口更寬。產生這種現象的原因：主要是HiPIMS狀態下，產生的高電壓，和高峰值電流，從輝光角度，HiPIMS電源下，能獲得更多含量的Nb+和氧離子，更容易生產氧化鈮。

測試不同濺射模式下制備氧化鈮的折射率如圖3所示：

圖3，不同制備方法下膜層折射率差別

不同電源制備Nb₂O₅薄膜不同波長的N，k值曲線；用HiPIMS制備的Nb₂O₅的在560nm處n值最高=2.336，而DC的最低為2.309，主要是HiPIMS制備Nb₂O₅的致密度高，膜層質量好，其折射率高。