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晶粒大小对钛靶材溅射的作用

2021-11-22

通常钛靶材为多晶结构,晶粒大小可由微米到毫米量级.晶粒越细小则晶界面积越大,对性能的影响也越大.对于同一种靶材,晶粒细小的靶的溅射速率比晶粒粗大的靶的溅射速率快;而晶粒尺寸相差较小(分布均匀)的靶溅射沉积的薄膜的厚度分布更均匀.据研究发现,若将钛靶的晶粒尺寸控制在100um以下,且晶粒大小的变化保持在20%以内,其溅射所得的薄膜的质量可得到大幅度的改善.

钛靶材

靶材晶粒大小测试三种基本方法

1、比较法:比较法不需计算晶粒、截矩.与标准系列评级图进行比较,用比较法评估晶粒度时一般存在一定的偏差(±0.5级).评估值的重现性与再现性通常为±1级.

2、面积法:面积法是计算已知面积内晶粒个数,利用单位面积晶粒数来确定晶粒度级别数.该方法的度中所计算晶粒度的函数,通过合理计数可实现±0.25级的度.面积法的测定结果是无偏差的,重现性小于±0. 5级.面积法的晶粒度关键在于晶粒界面明显划分晶粒的计数.

3、截点法:截点数是计算已知长度的试验线段(或网格)与晶粒界面相交截部分的截点数,利用单位长度截点数 来确定晶粒度级别数.截点法的度是计算的截点数或截距的函数,通过有效的统计结果可达到 ±0.25级的度.截点法的测量结果是无偏差的,重现性和再现性小于±0.5级.对同一精度水平,截点法由于不需要标计截点或截距数,因而较面积法测量快.

钛靶材金相图具体案例分析晶粒大小

1、确定照片的放大率

先测量微观照片的尺寸,长度或宽度选择其一,然后测量出试样的实际长度或者宽度.

放大率=图片距离/实际距离

2、找出晶粒度级别数

计算出放大率之后就可以确定晶粒度级别数,首先要计算出试样中的晶粒数.

晶粒数=完整的晶粒数+0.5倍的部分晶粒,完整晶粒的晶界都是可观察到的.

其次计算出实际面积,实际面积=图片长/放大率 x 宽/放大率根据ASTM标准中的计算公式:N=2(n-1)其中N是指放大100倍下每平方英寸的晶粒数,n是指晶粒级别数,进行单位换算之后可得到N的值,Z后可计算出晶粒级别数n.

3、计算出平均晶粒直径

平均晶粒直径=试样的实际长度/截取部分的晶粒数实际长度=截线长度/放大率

了解了晶粒大小(材料本身)对靶材性能的影响,我们再简单说下工艺方面,结晶方向对靶材性能要求,由于在溅射时靶材原子容易沿着原子六方紧密排列方向优先溅射出来,因此,为达到高溅射速率,可通过改变靶材结晶结构的方法来增加溅射速率.不同材料具有不同的结晶结构,因而应采用不同的成型方法和热处理方法.


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