题目：高功率脉冲磁控溅射电源研制及应用研究

铜（Cu）是热和电的良导体，质地柔软且韧性好，并且具有很好的延展性，因此铜膜在工业上得到了极为广泛的运用。然而传统的电镀铜过程中有三废排放，需大量投资治理又难根治，随着环保成本逐步提高，有寻求新技术的需求。由于Cu具有很高的自溅射系数，在使用高功率脉冲磁控溅射技术制备Cu薄膜，可形成完全由靶材离子维持的无气体自持溅射。高功率脉冲磁控溅射等离子体中Cu的离化率最高可达70%，这使得制备的Cu薄膜具有良好的绕镀性。此外由于Cu的溅射产额较高，使用高功率脉冲磁控溅射技术制备Cu薄膜时可以获得与其他溅射材料相比较高的沉积速率，能够满足工业生产对高效、快速、大批量镀膜的要求，且几乎不会造成环境污染。使用高功率脉冲磁控溅射技术制备Cu薄膜具有很高的实际应用价值。

本文首先研制了一台脉冲峰值功率1MW的高功率脉冲磁控溅射电源，脉冲输出电流最高可达1000A，电源的脉冲峰值电压1000V，脉冲频率范围10~500Hz，脉宽范围10~1000μs，平均功率10kW，安装使用在北京航空航天大学机械工程及自动化学院702教研室，在原有设备的基础上实现了高功率脉冲磁控溅射的镀膜功能。

其次使用自行研制的高功率脉冲磁控溅射电源进行等离子体负载测试，研究等离子体在脉冲大电流下的放电特性。施加在溅射靶上的负电压只有在达到或超过“雪崩式”放电机制的阈值电压时才能获得百安级的靶电流峰值。过高的工作气体气压与过长的脉冲宽度均会导致真空室内频繁起弧放电。

最后利用自行研制的高功率脉冲磁控溅射电源在P型单晶硅基片上制备Cu薄膜。通过光学显微镜与台式探针轮廓仪观察Cu薄膜的截面形貌并测量其厚度，计算出等离子体中Cu的离化率高达60%~70%，并得出随着靶基距的减小Cu薄膜的沉积速率得到显著提高且绕镀性增强的结论。