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       作者：T. Kobayashi, R. Valizadeh, J. S. Colligon, H. Kanematsu, K. Morisato
       摘要：本研究利用离子束辅助气相沉积法（IBAD）对曲面衬底上沉积出的立方氮化硼（CBN）薄膜厚度分布进行模拟。沉积参数条件如下：（i）硼到达率为3.2Å/s，（ii）离子流密度在600-1600μA/cm²，（iii）注入离子源的气体组份为36% N₂+Ar。实验发现由于沉积和溅射同时发生，实验数据得出的硼的反溅射量（取决于CBN沉积过程中的离子入射角）要比TRIM程序计算得出的密度为3.482g/cm³的氮化硼薄膜的硼溅射量高。据此可以推断，在静态涂附中，如果入射角大于40°则不会形成CBN薄膜。但随着持续的波动，薄膜厚度的分布会得以改善，所得结果和实验数据一致性较好。这种推断和误差允许范围内的离散波状沉积结果相一致。
       关键词：离子束,曲面衬底,CBN,薄膜
1、引言
       近年来，研究者利用离子束辅助气相沉积法（IBAD）进行氮化硼（BN）、氮化硅、氮化碳和氮化铝薄膜的沉积实验；有以下优势：首先可以通过去除衬底表面上被吸收的夹杂物以及将沉积原子和衬底原子相混合来改善薄膜和衬底之间的粘附性。其次，可以在一个较大的范围值内实现对离子种类、离子能量和离子流的独立控制。鉴于这些优势，可以制备新型人工合成材料，如立方氮化硼（CBN）、类金刚石碳（DLC）和C₃N₄等，用于电子设备和诸多领域的机械零部件上。但由于离子束的单向性，在曲面上利用IBAD法进行薄膜沉积就要比化学气相沉积或离子镀工艺的技术难度更大。
       不考虑离子轰击法的化学气相沉积在曲面上沉积薄膜时，薄膜厚度分布的求值可能就是一个简单的几何计算问题，其厚度分布受入射角cosθ影响。但在离子束辅助化学气相沉积工艺中，受离子照射影响会发生薄膜反溅射；鉴于此，Sueda等人研究表明通过衬底的波状化，可以利用IBAD法沉积出BN薄膜；通过波状化或旋转，可以在曲面或坡面上沉积出CBN薄膜。由于CBN薄膜的形成需要较高的离子-原子到达率，因此，在求值薄膜厚度分布时需要考虑反溅射效应。
       本研究提出了一种利用IBAD法在曲面沉积CBN薄膜的厚度分布模拟方法，并建立了波状化的工艺方法，对计算值和实验实测值进行了对比分析。
2、方法
       利用IBAD法成功沉积出CBN薄膜的实验中，在硼沉积的同时对衬底上的氮离子和新型离子混合物进行照射。在下述讨论研究中，利用氮离子和氩离子混合物进行照射；硼QB的掺入率如公式一所示： 

       其中αB为初始粘附概率，FB为硼的到达率，ArSB为氩离子对硼的反溅射量，NSB为氮离子对硼的反溅射量，FAr为氩离子到达率，FN为氮离子到达率。需要考虑薄膜表面上和表面下由于化学属性、轰击诱导和离子注入引起的硼-氮反应。根据诸多研究，CBN薄膜几乎是化学计量的。
       在讨论CBN薄膜沉积率时只考虑硼的掺入率，假定N/B=1。求得硼的沉积率RB，相当于αBFB，不用分别算得αB和FB。公式一就变为：
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