阅读说明：本技术 从陶瓷靶沉积的立方富铝AlTiN涂层 (Cubic aluminum-rich AlTiN coatings deposited from ceramic targets ) 是由 西瓦·芬妮·库玛·亚拉曼奇利 丹尼斯·库拉波夫 佐佐木智也 久保田和幸 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明披露了一种用于生产富铝Al-(x)Ti-(1-x)N基薄膜的非反应性PVD涂覆工艺,该薄膜具有基于薄膜中的铝钛总量的大于75原子％的铝含量,并且该薄膜具有立方晶体结构和柱状微观结构,其中,陶瓷靶被用作富铝Al-(x)Ti-(1-x)N基薄膜的材料源。(The invention discloses a method for producing Al rich in aluminum x Ti 1‑x Non-reactive PVD coating process of N-based thin films with an aluminum content of more than 75 at% based on the total amount of aluminum and titanium in the thin film and with a cubic crystal structure and a columnar microstructure, wherein a ceramic target is used as the aluminum-rich Al x Ti 1‑x A source of N-based thin film material.)

具体实施方式

以下的图旨在帮助理解本发明，而非限制本发明。

图1示出氮气分压对由Al₈₀Ti₂₀金属靶在200℃基材温度和0.2Pa氩气分压下合成的AlTiN涂层的结构演变的影响。(a)与氮气分压相关的w-AlN分数，N₂消耗量(生长速度/单位时间)变化。所标注的文字表示对应于金属、过渡和组合溅射模式的反应性气体分压。(b)在不同的氮气分压0.09、0.11、0.13和0.15Pa下的XRD光谱，依次对应于1、2、3和4。

图2示出基材偏电压对采用金属靶的AlTiN合金的结构演变的影响。(a)与基材偏电压相关的w-AlN分数。从XRD光谱中提取的数据(F w-AlN：纤锌矿相强度/∑(立方相强度+纤锌矿相强度)。(b)在不同的基材偏电压80V、120V和200V由Al₈₀Ti₂₀靶合成的AlTiN涂层的XRD光谱。

图3示出用来从陶瓷靶生长膜的组合式沉积设置的示意图。

图4示出TiNAlN陶瓷靶的光学照片和SEM显微照片，原样的和6次沉积后的。注意，TiN₅₀AlN₅₀靶显示出裂纹，而TiN₂₀AlN₈₀在重复几次工艺过程之后未显示出这样的裂纹。

图5.1示出利用陶瓷靶的组合做法生长的膜。(a)批处理参数，(b)在基材支架的不同位置处的膜成分，和(c)X-SEM显微照片和XRD图谱。注解：S-＞基材峰，C-＞立方峰，W-＞纤锌矿相。如图5.1所示，采用如下的涂覆参数：功率密度1kW/cm²，脉冲时间5ms，氮气分压0Pa(其对应于氮气流量0sccm)和氩气流量40sccm。

图5.2示出利用陶瓷靶的组合做法生长的膜。(a)批处理参数，(b)在基材支架的不同位置处的膜成分，和(c)X-SEM显微照片和XRD图谱。注解：S-＞基材峰，C-＞立方峰，W-＞纤锌矿相。如图5.2所示，采用了以下涂覆参数：功率密度1kW/cm²，脉冲时间5ms，氮气分压0Pa(氮气流量0sccm)和氩气流量300sccm。

图5.3示出利用陶瓷靶生长的膜，(a)批处理参数，(b)在基材支架的不同位置上的膜成分，和(c)X-SEM显微照片和XRD图谱。注解：S-＞基材峰，C-＞立方相，W-＞纤锌矿相。如图5.3所示，采用如下涂覆参数：功率密度1kW/cm²，脉冲时间5ms，氮气分压0Pa(氮气流量：0sccm)和氩气分压60Pa。

在图5.1、5.2和5.3所给出的例子中，通过夹具系统保持待涂覆基材，夹具系统安放在由Oerlikon Balzers制造的Ingenia S3p型涂覆机内。对于这些例子，采用了包括两种可转动夹具部件的夹具系统。被称为转台的第一种可转动夹具部件按照已知方式被安放在涂覆室的中部以产生第一转动。在转台上，按照已知方式安放有第二种可转动夹具部件以造成第二转动。待涂覆基材被保持在第二种可转动夹具部件内。转台的转速为30秒/转，如在各自图5.1、5.2和5.3中被示出的那样。但是，所用的涂覆机和夹具系统的类型不应该被理解为是对本发明的限制。同样，被用于如图5.1、5.2和5.3所示的例子的涂覆参数不应该被理解为对本发明的限制。

图6示出在三个不同条件下的利用金属和陶瓷靶生长的膜。如图6所示，在上行中的所用做法条件是：0.1Pa氩气压力和0.04Pa氮气压力的混合物，200℃温度和150V电压。但是，在中间行的所用做法条件是：60s氩气流，300℃温度和150V电压。在下行的所用做法条件是：40s氩气流，300℃温度和80V电压。注意，利用陶瓷靶可以在高达78原子％的铝浓度，仅使用80V偏电压，获得立方相。对于金属靶，要求高于120V的高偏电压来生长立方相。

从左到右的显微照片是：腔室的下、中和上。

基于以上例子和组合式设计试验，选择具有77原子％Al的陶瓷靶来测试沿转台长度的立方相生长的均质性。

按照此方法生长的涂层的额外特征是相对低的表面粗糙度，其值Ra为0.03±0.01μm并且Rz为0.6±0.01μm。以下的图7示出了在calo研磨之前(a)和之后(b)的涂层表面，和(c)利用本发明方法生长的涂层的测量轮廓。