高功率脉冲磁控溅射技术是近年来发展起来的一种新型的物理气相沉积方法,等离子体密度可高达1018m-3数量级,靶材原子的离化率可高达90%。金属离子在沉膜过程中受磁场磁力线和靶上施加的负电压的作用,被束缚在靶附近,大大降低了基片前的离子数量。然而在薄膜的工业应用中,基片前的金属离化率将显著影响薄膜的结构和性能。因此,研究影响溅射靶金属原子离化率的关键因素以及基片前的金属原子离化率对于薄膜的沉积具有重要意义。本文采用等离子体发射光谱法研究了峰值电流对高功率脉冲磁控溅射沉积纯钛薄膜过程中等离子体组分及离化率的影响。采用发射光谱法及离子流检测装置分析了峰值电流变化对基片前的等离子体组分、金属原子离化率及纯钛薄膜结构、性能的影响,研究结果表明,在平均功率相同的情况下,随着峰值电流的增加,基片前的等离子体密度及金属原子的离化率增加,而纯钛薄膜沉积速率却随峰值电流的增加而降低；随着基片前金属原子离化率的增加,纯钛薄膜的残余应力由拉应力变为压应力,且钛膜的晶粒大小和表面粗糙度随离化率的增加而降低。采用高功率脉冲磁控溅射技术沉积氮化钛薄膜,研究当溅射平均功率相同时,溅射峰值电流对金属原子离化程度、氮化钛薄膜结构及力学性能的影响。研究结果表明,在溅射平均功率相同时,氮化钛薄膜的沉积速率随峰值电流的增加而降低。较低峰值电流时,氮化钛薄膜(111)晶面平行样品表面择优生长；高的峰值电流导致了高的金属离化率,提高了离子对薄膜的轰击,氮化钛薄膜(200)晶面平行样品表面择优生长。金属离化率的提高使Ti离子与N的反应更加充分,易于生成饱和的氮化钛,膜层表现出较高的硬度与良好的膜基结合力。