改进的溅射技术有助于减少钨薄膜中的应力

利用高功率脉冲磁控管散射（HiPIMS）来制造具有无与伦比的低薄膜应力水平的钨薄膜。

通过以微秒级精度改善“底物偏置脉冲”的时序，减少了杂质和缺陷，以开发应力低至0.03 GPa的结晶膜，类似于通过退火实现的结晶膜。该研究有望为电子行业制造金属薄膜的有效途径。

现代电子学基于将金属薄膜复杂和纳米级沉积到表面上。虽然这听起来可能更容易，但事实并非如此。如果执行不当，从薄膜的微观内部结构中产生的“薄膜应力”可能会导致多年来的弯曲和屈曲。消除这种应力通常需要加热或“退火”。

溅射涉及在整个金属“目标”和基板上使用高电压，从而产生带电气体原子的等离子体，其轰击金属目标并产生带电金属蒸气。这种金属离子倾向于飞向形成薄膜的基板。

就HiPIMS而言，电压在短时间内脉冲，而强烈的脉冲串。在每个脉冲之后，金属和气体离子到达基板之间有一些分离 - 同步的“基底偏置”脉冲可以帮助选择性地加速金属离子，从而产生更致密的薄膜。然而，尽管采取了一些措施，残余压力的问题仍然相同。

目前，研究人员研究了具有各种能量的离子如何在钨和氩气靶材的帮助下，随着时间的推移以无与伦比的细节到达基板。他们没有利用与HiPIMS脉冲同时发射的偏置脉冲，而是利用他们对各种离子何时到达的专业知识，并增加了一个小的延迟（60 μs），以准确选择高能金属离子到达的时间。

研究人员发现，这有助于减少最终进入薄膜的气体量，并有效地提供高水平的动能。结果是具有低膜应力和大颗粒的致密结晶膜。

事实上，向薄膜有效传递能量意味着它们在薄膜沉积时已经达到了与退火相似的效果。

此外，将氩气换成氪使研究人员能够实现应力低至0.03 GPa的薄膜，相当于退火后可以产生的压力。

通往无应力薄膜的有效途径将对金属化工艺以及下一代电路的生产产生相当大的影响。该技术可能用于其他金属，并有可能为电子行业带来巨大收益。