作者：T. Kobayashi, R. Valizadeh, J. S. Colligon, H. Kanematsu, K. Morisato
       摘要：本研究利用離子束輔助氣相沉積法（IBAD）對(duì)曲面襯底上沉積出的立方氮化硼（CBN）薄膜厚度分布進(jìn)行模擬。沉積參數(shù)條件如下：（i）硼到達(dá)率為3.2Å/s，（ii）離子流密度在600-1600μA/cm²，（iii）注入離子源的氣體組份為36% N?+Ar。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)由于沉積和濺射同時(shí)發(fā)生，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的硼的反濺射量（取決于CBN沉積過(guò)程中的離子入射角）要比TRIM程序計(jì)算得出的密度為3.482g/cm³的氮化硼薄膜的硼濺射量高。據(jù)此可以推斷，在靜態(tài)涂附中，如果入射角大于40°則不會(huì)形成CBN薄膜。但隨著持續(xù)的波動(dòng)，薄膜厚度的分布會(huì)得以改善，所得結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致性較好。這種推斷和誤差允許范圍內(nèi)的離散波狀沉積結(jié)果相一致。
       關(guān)鍵詞：離子束,曲面襯底,CBN,薄膜
1、引言
       近年來(lái)，研究者利用離子束輔助氣相沉積法（IBAD）進(jìn)行氮化硼（BN）、氮化硅、氮化碳和氮化鋁薄膜的沉積實(shí)驗(yàn)；有以下優(yōu)勢(shì)：首先可以通過(guò)去除襯底表面上被吸收的夾雜物以及將沉積原子和襯底原子相混合來(lái)改善薄膜和襯底之間的粘附性。其次，可以在一個(gè)較大的范圍值內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)離子種類、離子能量和離子流的獨(dú)立控制。鑒于這些優(yōu)勢(shì)，可以制備新型人工合成材料，如立方氮化硼（CBN）、類金剛石碳（DLC）和C?N?等，用于電子設(shè)備和諸多領(lǐng)域的機(jī)械零部件上。但由于離子束的單向性，在曲面上利用IBAD法進(jìn)行薄膜沉積就要比化學(xué)氣相沉積或離子鍍工藝的技術(shù)難度更大。
       不考慮離子轟擊法的化學(xué)氣相沉積在曲面上沉積薄膜時(shí)，薄膜厚度分布的求值可能就是一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何計(jì)算問(wèn)題，其厚度分布受入射角cosθ影響。但在離子束輔助化學(xué)氣相沉積工藝中，受離子照射影響會(huì)發(fā)生薄膜反濺射；鑒于此，Sueda等人研究表明通過(guò)襯底的波狀化，可以利用IBAD法沉積出BN薄膜；通過(guò)波狀化或旋轉(zhuǎn)，可以在曲面或坡面上沉積出CBN薄膜。由于CBN薄膜的形成需要較高的離子-原子到達(dá)率，因此，在求值薄膜厚度分布時(shí)需要考慮反濺射效應(yīng)。
       本研究提出了一種利用IBAD法在曲面沉積CBN薄膜的厚度分布模擬方法，并建立了波狀化的工藝方法，對(duì)計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比分析。
2、方法
       利用IBAD法成功沉積出CBN薄膜的實(shí)驗(yàn)中，在硼沉積的同時(shí)對(duì)襯底上的氮離子和新型離子混合物進(jìn)行照射。在下述討論研究中，利用氮離子和氬離子混合物進(jìn)行照射；硼QB的摻入率如公式一所示： 

       其中αB為初始粘附概率，F(xiàn)B為硼的到達(dá)率，ArSB為氬離子對(duì)硼的反濺射量，NSB為氮離子對(duì)硼的反濺射量，F(xiàn)Ar為氬離子到達(dá)率，F(xiàn)N為氮離子到達(dá)率。需要考慮薄膜表面上和表面下由于化學(xué)屬性、轟擊誘導(dǎo)和離子注入引起的硼-氮反應(yīng)。根據(jù)諸多研究，CBN薄膜幾乎是化學(xué)計(jì)量的。
       在討論CBN薄膜沉積率時(shí)只考慮硼的摻入率，假定N/B=1。求得硼的沉積率RB，相當(dāng)于αBFB，不用分別算得αB和FB。公式一就變?yōu)椋?br /> (詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)點(diǎn)擊這里）