引言

我國國防軍工、農業、醫療等領域的迅猛發展 對材料表面耐磨防護性能的要求日益嚴苛。物理 氣相沉積（Physical Vapor Deposition，PVD）技術是 材料表面改性的常用方法，主要包括真空蒸鍍、濺 射沉積和離子鍍沉積等技術，PVD 具有工藝簡單、節能環保、成膜均勻致密以及可控性強等特點，已 廣泛應用于多個領域[1-2]。磁控濺射技術是一種通 過氣體離子轟擊靶材，使靶材原子或分子沉積在基 材上形成涂層的技術。傳統磁控濺射技術在高端 應用中存在等離子體密度低、離化率不足等問題，限制了涂層性能的提升[3]。

1999 年，瑞典林雪平大學 Kouznetsov 等[4] 針對 傳統磁控濺射技術靶材功率密度受限問題（靶與 等離子體相互作用引起顯著溫升），首次提出了高 功率脈沖磁控濺射（HiPIMS 或 High Power PulsedMagnetron Sputtering，HPPMS）技術。他們將脈沖 電源與磁控濺射 Cu 陰極疊加，不僅實現了金屬離 化率的顯著提升（約 70%），優化了靶材利用率，進 而改善了涂層厚度均勻性。隨后，該團隊報道，當 以金屬離子為主時，即使在距離濺射源 6~10 cm 處 也能檢測到極高的等離子體密度（>1012 cm^?3）[5]。 至2005 年，HiPIMS 技術取得了顯著的發展，能夠 產生 1019 m^?3 量級的高等離子體密度[6]。2011 年，Anders[7] 將 HiPIMS 定義為一種峰值功率通常超過 時間平均功率兩個數量級的脈沖濺射技術。他們 發現，靶面的平均峰值功率密度可以達到甚至超 過 107 W/m²，涂層性能可以進一步提升。2010 年，日本學者Nakano 等[8] 基于 HiPIMS 裝置，通過在陰 極上施加極性相反的脈沖來研究其對等離子體 穩定性的影響，發現所施加偏壓不足以維持放電，反 而阻礙了等離子體的演化。隨后，多個研究者提出 雙極高功率脈沖磁控濺射（Bipolar High Power Impulse Magnetron Sputtering，BP-HiPIMS或 B-HiPIMS）技術，通過在傳統 HiPIMS 的負脈沖上疊加正脈沖，可以增加濺射金屬離子的運動速度，并增強離子對 電介質涂層的轟擊，從而解決沉積絕緣涂層過程中 難以施加偏壓及離化率弱化的技術難題[9-10]。哈爾 濱工業大學吳厚樸等[11] 提出兩段式雙極性脈沖高 功率脈沖磁控濺射（Double Bipolar Pulse High Power ImpulseMagnetron Sputtering，DBP-HiPIMS）技術，整 個脈沖周期內靶面附近等離子體密度維持在較高 水平，該模式下平均電流相較于傳統 BP-HiPIMS模式提升了47%。

HiPIMS 技術能夠產生高密度等離子體，顯著 提高靶材原子離化率和等離子體密度，制備出具有 較高性能的涂層[12-14]。然而，沉積速率受限成為該 技術發展的主要瓶頸；膜層內應力水平也需進一步 提高。本文主要綜述了高功率脈沖磁控濺射技術 的改進和復合技術發展，包括 HiPIMS 的波形疊加、同步偏壓和外部輔助裝置增強放電技術，及與射頻、直流和電弧等 PVD 技術的復合技術，并對相關技 術 應用進行了簡要闡述。

1、HiPIMS 技術的優勢與局限性

1.1　HiPIMS 技術的核心優勢

與直流磁控濺射相比，HiPIMS 技術因其高離 化率而具有更高的能量。Ferrec 等[15] 采用 DCMS和 HiPIMS技術制備了 Cr 涂層，并對兩種技術下Cr⁺、Cr²⁺和 Ar⁺的離子能量分布函數進行分析，分析 結果如圖 1所示。在 DCMS 放電中，大部分離子 被熱化而集中于較低的能量區間，而 HiPIMS 中的 離子擁有更高的能量，其中 Cr⁺離子的分布函數達 到 60 eV 左右，遠高于 DCMS 中約 30 eV 的水平。

HiPIMS 技術是通過高能離子轟擊效應，提高 電離通量和原子遷移率，使沉積的涂層組織致密， 表面粗糙度降低，性能得到明顯改善。Bobzin 等[16]對比了采用直流磁控濺射（Direct current magnetronsputtering， DCMS）和 HiPIMS 技 術 沉 積 （Cr， Al）N涂層的組織結構和性能，圖 2 為兩種技術沉積的 涂層截面形貌（a）（c）和表面形貌（b）（d），HiPIMS-（Cr，Al）N 涂層更光滑致密，并抑制了柱狀晶生長，硬度和彈性模量比 DCMS-（Cr，Al）N 涂層高兩倍多，這可歸因于 HiPIMS 等離子體電離度的顯著增加。

Ying 等[17]研 究 了 HiPIMS 與 射 頻 磁 控 濺 射（RFMS）技術在 WS2 涂層制備上的差異，兩種制備工藝下的涂層表面形貌如圖 3 所示，RF-WS2 涂層 表面呈現出不均勻的蠕蟲狀結構，而 HiPIMS-WS2涂層則為鱗片狀顆粒形態，涂層表面平整光滑，結 構致密。Wang 等[18] 采用 HiPIMS 與電弧離子鍍（Arc IonPlating，AIP） 技術分別制備了 Cr 涂層，研 究發現 HiPIMS-Cr 涂層結構緊湊，表面光滑，幾乎 無宏觀顆粒缺陷，而 AIP-Cr 涂層表面則因弧斑蒸 發效應而布滿較大的宏觀顆粒。這進一步表明HiPIMS 技術在調控涂層微觀結構方面的優越性。Reck 等[19] 通過不同 PVD 沉積技術在 SiO₂ 和聚苯乙 烯基體上沉積 Ag涂層，結果表明，使用 BP-HiPIMS技術對金屬離子進一步加速所沉積的涂層比 DCMS技術展現出更高的簇密度，兩種工藝下的涂層形態 相似，但 BP-HiPIMS 工藝中涂層結構尺寸（61 nm± 9 nm）比 DCMS 工藝（76nm±8 nm）更小。Cho 等[20]采用 BP-HiPIMS 和 DCMS 技術在 304 不銹鋼表面 制備了 α 相鉭涂層，圖4 為用不同技術所制備涂層 的截面形貌對比，使用雙極 HiPIMS技術形成納米晶涂層，高能鉭離子轟擊導致柱狀晶生長被打斷是 納米晶結構形成的原因。

HiPIMS 技術能夠使等離子體高度離化且無大 顆粒，在高偏壓電場作用下高密度離子束流轟擊基 體表面，使離子注入至基體界面，也可促進涂層局 部外延生長，增強膜/基結合力等性能。Alhafian 等[21]對比了陰極電弧蒸發（Cathodic Arc Evaporation，CAE）與 HiPIMS 技術制備的 TiAlN 涂層，研究發現 HiPIMS誘導涂層晶體結構擇優取向由（200）向（111）轉變，這一轉變歸因于 HiPIMS 脈沖之間的弛豫時 間效應。另外，HiPIMS 技術制備涂層的硬度與應力 水平不一定相關，因而可通過調整沉積參數來調控 楊氏模量

，進而優化 H/E 和 H3/E2 比值來提升涂層耐 磨性。Kiryukhantsev-korneev 等[22] 使用單一 DCMS和HiPIMS 技術在相同功率下制備了（MoTaNbZrHf）- Si-B 涂層，結果表明 HiPIMS 所制備涂層劃痕邊緣 處的涂層剝落面積顯著減小，且壓頭穿透深度達 到 DCMS 涂層的兩倍，此外，涂層磨損率降低約 30%，循環沖擊載荷提高兩倍。在 MAX 相涂層制備領 域，Li 等[23] 使用 HiPIMS 和 DCMS 技術分別在 Ti6Al-4 V合金基底上沉積 Ti-Al-C 涂層，由于具有高 動能的高離子化等離子流，HiPIMS 沉積獲得了納 米晶 TiAlx 化合物，并在 700 ℃ 退火后生成致密平滑的 Ti3AlC2 相涂層，Ti3AlC2 相可以在 450 ℃ 早期 參與結晶，而經退火的 DCMS 涂層僅生成 Ti2AlC相。德國賽利（Ceme Con）公司將基于 HiPIMS 技術的Ferro Con?Plus 工藝成功應用于 AlTiN 基高性能涂 層的商業化生產，該涂層展現出卓越的高溫穩定性，最大服役溫度達 1 100 ℃，車削 Inconel 718 合金時，加工 1 000 m 的切削距離后，AlTiN 涂層刀具磨損 帶寬（140 μm）僅為標準 TiAlN 涂層刀具（280 μm）的 一半，且經企業廣泛應用驗證，在不同應用領域，該涂層的刀具壽命均有顯著提升（提高 50%~80%）。HiPIMS 技術以其低占空比和高功率脈沖特性，顯著提升了靶材電離度和等離子體密度，增強了離 子能量和通量，不僅促進了涂層表面粗糙度的降低 和結構的致密化，還提升了涂層的硬度、耐磨性、耐腐蝕性和高溫穩定性，為極端工況下的材料保護 提 供了有力支持。

1.2　HiPIMS 技術發展的主要局限

盡管研究者們已經對 HiPIMS 技術進行了大 量研究，但在相同的平均功率下，其沉積速率仍然 比 DCMS 低，這一直是制約其廣泛應用的核心挑 戰，并持續成為該領域研究的焦點。目前的研究認 為，造成上述問題的主要原因如下：（1）回吸效應，濺射原子的高度電離顯著增強了離子對靶材的反 向吸引作用，即“回吸”現象，直接導致部分濺射粒 子不能有效脫離靶面而參與沉積，從而降低了沉積 速率[24]；（2）產率效應，濺射產率隨離子能量的增加 呈非線性增長，限制了高能量脈沖下濺射效率的進 一步提升[25]；（3）物種效應，當工作氣體離子被反向 吸引的靶材離子所替代時，濺射過程的動力學特性 發生變化，影響了濺射產率的穩定性，進而降低了 沉積速率[26]；（4）輸運效應，HiPIMS 等離子體中強 烈的軸向電位梯度不僅阻礙了因氣體碰撞電離的 低能金屬離子傳輸到基底，還導致他們在徑向傳 輸過程中的側向損失，進一步降低了沉積效率[27]； （5）氣體稀薄效應，在較長的 HiPIMS 脈沖（>50 μs）條件下，氣體稀薄現象降低了可用于濺射的有效 離子密度，這也是導致沉積速率下降的一個重要因 素[28]。Tiron 等[29] 進行了系統性的對比研究，圖 5 為DCMS 和 HiPIMS 在不同脈沖持續時間下的涂層 沉積速率。所有脈沖時間下HiPIMS 技術的沉積 速率均最低，在超短 HiPIMS 脈沖期間，由于金屬 粒子在高密度等離子體區域停留時間不足且離子 返回概率較低，自濺射模式放電的概率相應降低，導致沉積速率相對較高。自濺射是 HiPIMS的一個基本特征[7]，其機制（如圖 6 所示）與依賴氣體 Ar 離 子濺射的傳統磁控濺射不同，HiPIMS 主要依賴靶 材自身返回的離子進行濺射，這一過程高度依賴于 電離效率[7]。

HiPIMS 技術的高能量離子注入會導致所沉積 涂層的殘余應力增加。Tillmann 等[30] 采用不同 工 藝 沉積了 AlCrN 和 AlCrVYN 涂 層 ， 研 究 發 現DCMS 樣品的宏觀和微觀殘余應力均明顯低于使 用 HiPIMS工藝的樣品，這歸因于 HiPIMS 沉積過 程中產生的高能離子在沉積過程中加速了原子間 的碰撞與重組，并促進了晶格缺陷（如空位、位錯 等）的形成，進而導致了殘余應力的累積。Patidar等[31] 采用不同工藝沉積 AlN 涂層，并對涂層中的 應力進行了分析，圖 7 為采用不同制備技術得到的AlN 涂層中的 Ar 離子摻雜含量及應力值，所有用HiPIMS 制備的涂層均展現出比用 DCMS 制備的涂 層更高的應力水平和 Ar 離子摻雜含量，當引入基體 偏壓時，用 HiPIMS 沉積的涂層應力和 Ar 離子摻雜 含量均比偏壓為 0 V 時有進一步提高。Cemin 等[32]和 Yang 等[33] 也 報 道 了 類 似 結 果 。 Li 等[34] 采 用HiPIMS 技術沉積了 TiAlSiN 涂層，結果表明，在 0 V到?150 V 的偏壓下，離子轟擊增強導致涂層擇優 取向從（200）向（220）轉變，壓應力從?0.5 GPa 增加 到?1.7 GPa，硬度和韌性在?150 V 時偏壓達到最大 值 37.5 GPa±0.6 GPa 和 H/E = 0.110；當偏壓進一步 增 加 到?200 V 時 ， 壓 應 力 進 一 步 增 大 至 ?3 GPa，過度的離子轟擊促使涂層擇優取向轉變為（200），涂層的硬度、韌性和結合強度也有明顯降低。Das 等[35] 采 用 HiPIMS 技 術 沉 積 TiAlSiN 涂 層 的 研究進一步表明，隨著脈沖頻率的增加，雖然沉積 速率有所提升，但涂層表面粗糙度也從 9.42 nm 增 加至 14.32 nm。

HiPIMS 技術雖然取得了顯著的進步，但其較 低的沉積速率一直是限制其廣泛應用的瓶頸。該 問題主要歸因于回吸效應使有效濺射粒子減少，產 率效應限制了高能量下的濺射效率，物種效應影響 了濺射動力學穩定性，輸運效應阻礙了離子向基材 的有效傳輸，以及氣體稀薄效應降低了有效離子密 度。此外，HiPIMS的高能量離子注入使涂層中的 惰性氣體原子含量增加，導致殘余應力增加，影響 涂層性能。HiPIMS 技術對等離子體氣氛要求較高，容易受到多種因素的影響而產生打弧現象，該現象 不僅會影響沉積過程的穩定性和可靠性，還可能對 設 備和靶材造成損害，增加維護成本。

2、HiPIMS 技術發展及復合技術

基于上述 HiPIMS 技術所存在的問題，研究者 們已開展較多針對性研究，這些研究主要聚焦于HiPIMS 技術本身的發展改進和通過復合技術優化 兩個方面。在 HiPIMS 技術的直接改進方面，主要 包括采用波形疊加、實施同步偏壓技術及增加輔 助設備等方法；復合技術分為與磁控濺射和電弧離 子鍍技術的結合應用，其中 HiPIMS 技術與磁控濺 射技術復合沉積包括與直流磁控濺射、射頻磁控 濺射以及中頻磁控濺射的復合。這些改進不僅增 強了 HiPIMS 的放電，還提高了涂層的沉積速率，改 善了涂層性能。

2.1　HiPIMS 技術的發展改進

2.1.1　波形疊加技術

對于 HiPIMS 技術的低沉積速率和高殘余應 力，可以通過以下方式進行改善：（1）放電脈沖參數 調控（脈沖持續時間、重復頻率、峰值電流等），較 短的脈沖時間能夠有效緩解自濺射現象并抑制氣 體稀薄效應[36]。另外，將 HiPIMS 脈沖限制在非常短 的持續時間（<5 μs）內，能夠顯著提升等離子體的電 離度，有效控制金屬離子的反向吸引效應，提升沉積 效率[37]。（2）改變磁控管的磁場強度或形態，能夠直 接影響等離子體鞘層的特性，優化離子傳輸路徑至 基底的過程，進而提升沉積速率和涂層質量[38-39]。（3）以多脈沖模式疊加 HiPIMS，可以提升濺射材料 的電離度并抑制金屬離子的反向吸引效應[40]。通過脈沖來調控 HiPIMS 效果較為常見，圖 8展示了多種脈沖模式的實際應用案例[41]。包括三角 形脈沖[42]（圖 8（a））、矩形單脈沖[43]（圖 8（b））、脈沖 組內的疊加模式[44]（圖 8（c）），此類脈沖組也用于深 度振蕩磁控濺射（Deep Oscillation Magnetron Sputtering，DOMS）[45]。圖8（d）所示脈沖組中的低電流用 于放電的預電離，預電離和其后的 HiPIMS 脈沖都 可以由短脈沖組組成，這也稱為調制脈沖磁控濺射（Modulated Pulsed Magnetron Sputtering，MPPMS）[46]。 圖 8（e）所示的反向電壓疊加應用模式是施加比負 濺射電壓更低的正向電壓[47-48]。利用單個脈沖發 生器同時驅動兩個磁控濺射源的雙極操作模式如 圖 8（f）所示[49]，這些脈沖模式為 HiPIMS 技術提供 了全新的研究方向。通過將 HiPIMS技術疊加可 實現波形轉變，進而改善涂層沉積速率，多方面調 控涂層殘余應力及其他性能，并提供良好的等離子 體氛圍，有利于持續穩定地起輝及放電。

2.1.2　同步偏壓技術

HiPIMS 工作期間，氣體離子電離與放電電流 同步發生，而在靶電流密度達到較高值后金屬離子 才產生，在 HiPIMS 脈沖的后半部分，放電主要以 金屬離子為主，氣體稀薄效應和離子化物質的質量 差都可能導致其到達基體的時間不同，這導致氣體 離子一般在金屬離子之前到達[50-51]。利用同步脈 沖偏壓來實現金屬離子同步 HiPIMS（Metal-IonsSynchronized HiPIMS，MIS-HiPIMS）方法能夠選擇 性地增加特定離子的動能，同時最大限度地減少涂 層中的惰性氣體，拓展了其在半導體領域的應用。

蘭州空間技術物理研究所的 Gui 等[52] 采用 MISHiPIMS技術調控高能離子通量來優化涂層表面的 轟擊效應。研究表明，隨著同步脈沖寬度的增加，沉積的 CrSiN 涂層從粗糙的橫向柱狀結構逐漸演 變為光滑和緊湊的柱狀結構，晶粒細化，硬度和彈 性模量顯著增強，磨損率低至 9.1×10^?16 m³/（N·m）。Patidar 等[31] 采用 MIS-HiPIMS 技術改善傾斜角沉 積 AlN 涂層，發現無論沉積角度如何，涂層中柱狀 晶粒的生長幾乎垂直于基體表面，與 HiPIMS 技術 相比，涂層中惰性氣體離子含量降低。另外，將其 與 DCMS 沉積態樣品暴露于大氣環境 5 min 后，DCMS 涂層中約有 5% 的氧含量，而 MIS-HiPIMS涂層僅顯示表面氧化，涂層內部保持無氧狀態。這 歸因于其致密微觀結構 ，防止了涂層的晶界氧化。

2.1.3　輔助設備增強技術

通過引入外部輔助設備，如疊加電子回旋共振 裝置或添加外部磁場，能夠改變離子輸運通量，加 速涂層沉積過程，同時改善涂層質量[53]。早在 20 世 紀 90 年代，電子回旋波共振（Electron Cyclotron WaveResonance，ECWR）輔助磁控濺射技術就有報 道[54-55]。隨后，Stranak 等[56] 驗證了將 HiPIMS 與 RF（fRF=13.56 MHz）-ECWR 等離子體源相結合沉積涂 層的設想，研究發現，ECWR 輔助顯著促進了金屬 離子的產生，在低壓區域，金屬電離通量增加了約30%。Krysová等[57] 采用反應 HiPIMS 結合 ECWR的方法沉積Fe₂O₃ 涂層，展現了高電離度與更多濺 射粒子的特點，ECWR 的輔助將沉積涂層過程中 的最小啟輝氣壓由1 Pa 降低至 0.35 Pa，復合輔助 技術也顯著提高了放電脈沖期間等離子體的電子 溫度與離子密度。微波等離子體輔助 HiPIMS（Microwave Plasma-Assisted， MA-HiPIMS）技術近年來 受到廣泛關注。Hain 等[58] 研究了 HiPIMS 和 MAHiPIMS技術對 DLC 涂層性能的影響，在 HiPIMS模式下，等離子體的最大電勢和電子溫度數值在脈 沖結束時出現，離子和電子密度的峰值略后出現，余輝期間，帶電粒子飛濺向基體，隨后各項參數數 值下降。在 MA-HiPIMS 模式下，前 20 μs 為典型微 波等離子體特性，隨后因微波源產生的等離子體有 效屏蔽了靶電勢激增引起的電場快速變化，避免了 電流峰值產生，等離子體電勢、電子溫度和離子密 度在脈沖結束前達到最小值，而電子密度在脈沖結 束之后下降。盡管 MA-HiPIMS 未顯著提升涂層的 硬度（上限約 30 GPa），但涂層表面更光滑。

高功率脈沖雖能瞬間釋放大量電子，但部分電 子會直接撞擊真空室壁，使能量損失。引入外部磁 場能夠顯著提升高能電子的利用率，有效遏制其向 真空腔壁的逃逸，促進電子與真空室內中性粒子的 頻繁碰撞與離化過程，進而增強等離子體的密度與 活性。此效應不僅能夠加速 HIPIMS 過程中的沉 積速率，還能改善涂層的質量[59-60]。Li 等[61] 通過輔 助陽極和外部電磁線圈來調控真空室內的電場電 勢和陰極磁場分布，形成外部電場磁場同步增強的HiPIMS（External Electric Field and External Magnetic FieldEnhanced Simultaneously the HiPIMS，（E-MF）- HiPIMS），并以此來制備 V 涂層。結果表明當陽極電壓設定為 70 V 時，輔助模式下基體峰值離子電流密 度比單一 HiPIMS 模式增加了 4 倍，且涂層表面更為光滑致密。在相同靶功率條件下，（E-MF）-HiPIMS的沉積速率比傳統 HiPIMS 高約 73%。Tian 等[62]通過磁場增強 HiPIMS 技術沉積了（AlTi）xN1?x 涂 層，涂層的沉積速率和硬度分別從 23.67 nm/min 和23 GPa增加至 25.67 nm/min 和 28 GPa，表面粗糙度 從 8.7 nm 降低至 5.2 nm，進一步驗證了磁場輔助在 優化HiPIMS 技術方面的有效性。

在 HiPIMS 技術中引入外部輔助裝置及（或）添加外部磁場，一定程度上提高了電離效率和等離 子體穩定性，提高了涂層沉積速率與性能。另外，外部磁場的引入進一步提升了電子利用率，減少了 能量損失。但這些方法都存在高成本、高能耗的 特點 ，不利于工業化發展應用。

2.2 HiPIMS 與磁控濺射復合技術

2.2.1 HiPIMS 與直流磁控濺射復合技術

直流磁控濺射（DCMS）技術具有較低的離化 率，較高的沉積速率，而 HiPIMS 技術由于濺射靶 材離化后，一部分離子返回靶面產生自濺射過程，導致到達基體的濺射離子減少，沉積速率較低，將HiPIMS 與 DCMS技術結合可以有效緩解 HiPIMS沉積速率低的問題[63-64]。

HiPIMS/DCMS 共濺射裝置結合 了 DCMS 源 提供的高沉積速率與 HiPIMS 源產生的高能金屬 離子，實現了涂層性能的優化，在保證力學性能的 同時降低殘余應力。Hsu 等[65] 對比了高功率脈沖 和直流磁控共濺射技術沉積的 TiWC 涂層，采用復 合技術制備的 TiWC 涂層致密，硬度高于 30 GPa，與 DCMS 相比，工藝相對能耗降低了 77%。他們 通過該技術制備的 TiAlSiN 涂層在保持硬度高達30 GPa 的同時，將殘余應力控制在 0.5 GPa 以內[66]。Liu 等[67] 通 過 DCMS 和 HiPIMS/DCMS 共濺射在 充 He 條件下沉積了的 Al涂層，結果表明，采用HiPIMS/DCMS 共濺射時，由于濺射的金屬離子能 量高，沉積的金屬顆粒的遷移能力得到增強，晶粒 尺寸增大，位錯環的直徑和密度減小。Dias 等[68]報道了有關 TiAlTaN 涂層的沉積：復合 DCMS/HiPIMS工藝結合了 DCMS 和 HiPIMS 的優點，所沉積 涂層的硬度（40 GPa）與用單一 HiPIMS 工藝（41 GPa）沉積的相當，但在相同條件下，其沉積速率可達 到 HiPIMS 工藝的 2 倍。Ding 等[69] 使用DCMS 和HiPIMS、復合技術在不同的偏置電壓下沉積 Cr 涂 層。結果表明，隨著偏壓的增加，涂層沉積速率的 下降逐漸減慢， 但 在 500 V 偏壓時仍可保持 約100 nm/min 的沉積速率，涂層表面粗糙度隨偏壓增大而增大。Zoita 等[70] 報道，與 DCMS 濺射相比，在相同溫度下用 DCMS/HiPIMS 復合技術制備的TiC 涂層具有更好的結構有序性，電阻率值降低了6%~23%。在 200 ℃ 沉積溫度下，用 DCMS 沉積的 涂層表面粗糙度約為用 DCMS/HiPIMS 技術沉積 涂層的 3 倍。Wu 等[71] 采用 Al-HiPIMS/TiSi-DCMS配置制備了TiAlSiN 涂層，其最大金屬原子比為Al/（Al+Ti）=0.59，Si 原子數含量為 9.4 %，合成了比 傳統濺射技術組成范圍更廣的 NaCl 結構亞穩態過 渡金屬氮化物。Tillmann 等[72] 使用不同技術沉積TiAlN 涂層，DCMS 涂層僅有?1 817.0 MPa 的殘余 壓應力，HiPIMS 放電的高電離導致涂層殘余應力 值高達?5 979.2 MPa，超過單一 DCMS 涂層殘余應 力的 3 倍，而用復合技術制備的涂層的殘余應力低 至?626.4 MPa 左右。類似的低殘余應力現象在其 他文獻中也有報道[73]。

在 HiPIMS/DCMS 工藝中，由于 HiPIMS 離化 率較高，不同靶位配置模式下涂層性能差異較大。Wicher 等[74] 報道，不同靶位配置會對 Ti1-xAlxBy 涂 層產生較大影響，兩種模式下涂層硬度均隨著 Al含量增加而降低，TiB2HiPIMS/AlB2-DCMS 模式下x=0.36 時，硬度達到最大值 43.1 GPa±2.6 GPa，x=0.76時涂層硬度低至 20.0 GPa±1.2 GPa，而 AlB2-HiPIMS/ TiB2-DCMS 涂層硬度最高可達 46.0 GPa±2.5 GPa，即使Al 含量最高（x=0.74）的涂層也具有 32.8 GPa± 1.7 GPa 的硬度值。Greczynski 等[75] 利用 Ti- HiPIMS/ Si-DCMS 和 Si-HiPIMS/Ti-DCMS 兩種靶材配置模 式下沉積 Ti1?xSixN 涂層。圖 9 為 200 μs 內靶電壓、電流及功率密度的波形變化， HiPIMS 電壓值在 一個波長內呈下降至穩定趨勢，Si-HiPIMS 的電壓在穩定時約為 Ti-HiPIMS 的 3 倍；HiPIMS 電流值 在一個波長內呈先增大后減小趨勢，Ti-HiPIMS 電流密度峰值出現早于 Si-HiPIMS，功率密度呈現相 同趨勢。高離化率的 Ti 源（Ti-HIPIMS）與低離化率的 Si 源（Si-DCMS）易促進第二相 a-SiNx 析出，生 成納米復合結構，獲得高硬度涂層；反之，高離化率的 Si 源（Si-HIPIMS）和低離化率的 Ti 源（Ti-DCMS）組合，傾向于生成 Ti1?xSixN 固溶體，涂層硬度較低。

HiPIMS 與 DCMS 復合技術結合了兩者優勢， 有效緩解了 HiPIMS 中的自濺射現象，增強了涂層 的結晶度與沉積速率，并保持涂層的高硬度。復合 技術雖降低了相對能耗，但粒子離化率及系統的等 離子體密度也有相應損失，且不同靶位配置顯著影 響涂層微觀結構與性能?？傮w而言，HiPIMS/DCMS復合技術為制備高性能涂層提供了有效途徑，但仍 需平衡兩者來調控對涂層性能的影響機制。

2.2.2　HiPIMS 與射頻磁控濺射復合技術

射頻磁控濺射（RFMS）技術是通過施加高頻電 場（國際上常用的射頻頻率為 13.56 MHz）實現電容 耦合或電感耦合形成等離子體，電子與氣體分子發 生碰撞使氣體分子離化，高能粒子經電場加速轟擊 靶材，使原子或分子被濺射。RFMS 因對靶材的廣 泛適用性及高效的沉積速率而備受矚目，適用于導 體、半導體和絕緣靶材。這是因為射頻電場能夠 在非導電材料中產生感應電流，激活靶材表面的等 離子體，為濺射過程提供了必要的能量與條件。鑒 于 HiPIMS 技術在沉積速率方面存在的局限性，有 研究者提出了采用 HiPIMS與 RFMS 的共沉積策 略，不僅彌補了 HiPIMS 在沉積速率上的不足，還 進一步拓寬了可用靶材的多樣性[76]。

HiPIMS 與 RFMS 共濺射能夠在改善涂層力學 性能的同時，提高 HiPIMS 濺射效率，增大靶功率 密 度，改善沉積速率。 Diyatmika 等[77] 采 用 HiPIMS/RFMS復合技術制備了 Cr-Si-N 涂層，研究發 現，增加RF 靶功率和 HiPIMS 占空比均可提高沉 積速率。另外，涂層硬度和彈性模量隨著 RF 靶功 率的增加和HiPIMS 占空比的減小而增加，最高分 別達到了 31.5 GPa 和 292 GPa。Holtzer 等[78] 通過該 復合沉積技術提高了 a-NbSi 涂層的沉積速率以及 均勻性，涂層的超導臨界轉變溫度（Tc）和電阻率（ρ）均呈現出優異性能。研究還表明，預電離在混合技 術中能夠有效減少電流響應延遲。葉譜生等[79] 結 合 HiPIMS和 RFMS 技術制備出硬度高達 43.65 GPa的納米復合結構 TiB2-Ni 涂層。Lou 等[80] 使用該復 合技術制備 TiCrSiN 涂層，提高了濺射效率，當 RFSi靶功率從 50 W 增加到 150 W 時，由 HiPIMS 供 電的 TiCr靶的峰值功率密度從 1 214 W/cm² 增加 到 1 350 W/cm²。來自靶材和濺射氣體的所有濺射 離子的能量分布尾部向更高能量區域偏移，這可能 是因為鞘層電壓受到等離子體電勢的影響，而等離 子體電勢反過來又受到等離子體生成方式以及相 鄰磁控源產生的等離子體的影響所致。

HiPIMS/RFMS 復合技術融合了 HiPIMS 的高8 真空與低溫 第 31 卷 第 1 期能離子優勢與 RFMS 在非導電靶材上的廣泛適用 性，為氧化物涂層制備提供了有效方法，但 RFMS技術的高成本、涂層的高殘余應力及在復雜結構 基體上難以均勻沉積等缺點也限制了其應用推廣，需綜合考慮其技術挑戰與經濟成本。

2.2.3　HiPIMS 與中頻磁控濺射復合技術

中頻磁控濺射（Medium Frequency Magnetron Sputtering，MFMS）技術一般用兩個并排的濺射靶，也稱為孿生靶，陽極與陰極在兩個孿生靶中交替變 換，通過施加交變電場中和因負電壓在靶面積累的 正電荷，從而抑制打火現象，并完成濺射過程。濺 射電源的工作頻率一般在 10~100 kHz 內，峰值功 率密度低于0.1 kW·cm?2，占空比較高（≥50%），雖 然濺射產物的電離率相對較低，但能實現較高的沉 積速率。此外，還能在反應氣氛（尤其是氧化性氣 氛）中有效沉積涂層，相較于其他方法，顯著減少了“靶中毒”現象，抑制打弧的產生。目前將 HiPIMS與 MFMS 相結合的系統主要分為三種類型，其不 同之處在于電源及其與濺射靶材的連接方式[81]。 第一種采用兩個（或更多）獨立磁控靶位，其中一個 靶位在 MFMS 模式工作，另一個在 HiPIMS 模式下 運行；第二種系統將兩個電源并聯至同一磁控靶位，通過二極管在輸出端實現電流疊加，進而形成單 極 HiPIMS 和 MF 脈沖；第三種也采用雙磁控靶位 交替極性電流供電，通過雙極電壓脈沖交替濺射兩 個靶材，從而清除靶材表面的介電涂層并補償正空 間電荷，以此解決介電涂層磁控濺射沉積過程中陽 極損耗和頻繁打弧的問題。

采用 HiPIMS/MFMS 復合技術沉積涂層能夠 有效解決頻繁打弧現象，提高沉積速率，并改善涂 層性能。Moirangthem 等[82] 的報道表明，與單一HiPIMS 技術相比，用復合技術所制備 WOx 涂層具 有更高的沉積速率和硬度。在相同條件下，使用HiPIMS-MF 技術的涂層沉積速率達到 62.6 nm/min，明顯高于單一HiPIMS 技術的 35.1 nm/min。Chuang等[83] 采用該復合技術制備了電阻率低至 3.41 Ω·cm、沉積速率高達 13.9 nm/min 的富 Ni3+的 NiO 涂層。Lou 等[84] 對比了不同制備技術對 TiN 涂層截面形貌 的影響，結果表明：用 DCMS 制備的涂層呈現出相 對多孔的柱狀結構；用 MFMS 沉積的涂層在亮場 圖像中可見沿柱狀晶粒分布的缺陷；而用 HiPIMS/ MFMS 復合技術制備 的 TiN 涂 層 ， 由 于 HiPIMS增強的離子轟擊效應，表現出比單獨使用 HiPIMS或 DCMS 制備的膜更為致密緊湊的微觀結構。Ferreira 等[85] 采用不同方式沉積 Al₂O₃ 涂層，與單獨 使用 HiPIMS 技術相比，MFMS/HiPIMS 的復合可提 升沉積速率，降低涂層內部的壓應力與結晶度。另 外，單一 HiPIMS 沉積的涂層壓應力高達 10 GPa± 1.6 GPa，用復合技術沉積速率大幅提高，應力降低至?4.10 GPa±0.6 GPa。Kment 等[86] 分別采用 HiPIMS和 HiPIMS/MFMS 復合技術在FTO 導電玻璃基體 上沉積了厚度約 30 nm 的 TiO₂ 阻擋層 ， 并使用 循環伏安法測試涂層覆蓋率，兩種方法所制備的沉 積態 TiO₂ 涂層均致密，但經 450 ℃ 熱處理后，用HiPIMS 技術制備的樣品的峰值電流密度低于無涂 層 FTO 基體，并伴隨峰間分離。原因在于，經退火 處理后，用 HiPIMS 技術制備的 TiO₂ 涂層結晶度較 低、缺陷較多，涂層覆蓋率較低，導致涂層對電荷 轉移的阻擋性失效。與此相比，用HiPIMS/MFMS復合技術制備的涂層具有較好的結晶性和較少缺 陷，涂層覆蓋率較高，能夠有效阻擋電荷轉移。

將 MFMS 引入到 HiPIMS 放電中，通過不同配 置方式實現 HiPIMS 與 MFMS 的協同作用，有效提 升了涂層的沉積速率，同時降低了內部壓應力，提 高了涂層的熱穩定性和電化學性能，并抑制了靶材 打弧現象。然而，復合系統也面臨技術復雜性與成 本增加的挑戰 ，限制了其應用。

2.3　HiPIMS 與電弧復合技術

電弧離子鍍（AIP）技術具有高電離度和沉積速 率等優點，但是，該技術沉積過程中會產生大量液 滴，使所制備的涂層表面有較多大顆粒，因而有較 高的表面粗糙度。不同的靶材所產生的液滴數量 和尺寸不同，如 VN 的液滴數量遠高于 CrN，這一 缺陷嚴重限制了其在高端涂層制備領域的廣泛應 用。另外，對于一些高純度高熔點或無法蒸發離化 的靶材（Mo 靶、Si 靶和 B 靶等），電弧弧斑放電不 穩定或無法起弧，而在濺射源（HiPIMS）上工作穩 定，能被較好地原子化和離子化。HiPIMS 與電弧 復合可將電弧無法蒸發離化或產生液滴含量高的 靶材應用于 HiPIMS 源，降低涂層表面粗糙度。

采用 HiPIMS/AIP 復合技術沉積涂層時，高密 度等離子體使氣體和金屬電離增強，涂層的表面平 滑度和機械性能提高。Chang 等[87] 將真空電弧蒸 發（Vacuum Arc Evaporation，VAE）與 HiPIMS 技術 結合沉積TiN 涂層，在單一 VAE 模式下，涂層柱狀 晶的平均尺寸為 121 nm，當 HiPIMS 功率增加到 4 kW時，晶粒細化（47.8 nm）。該團隊還報道了用 HiPIMS/ CAE（陰極電弧蒸發）沉積 TiN 的工藝，研究發現，涂層表面宏觀顆粒數量和尺寸與占空比呈正相關，降 低占空比能夠減小涂層中柱狀晶尺寸，增加納米晶 數量，從而引入更多的晶界來抵抗位錯[88]，增加離 子轟擊通量可以有效去除涂層生長過程中形成的 松散顆粒。

Singh 等[89] 使用電弧增強 HiPIMS 技術 制備 AlCrN 涂層，其致密的微觀結構有效阻礙了氧 原子向基體方向的擴散，而使涂層具有優異的抗氧 化性。Ding 等[90] 采用 HiPIMS /AIP 復合技術沉積 具有非晶Si3N4 包裹 Cr（Mo）N 納米晶的 Cr-Mo-Si-N納米復合結構涂層，涂層硬度最高可達 26.5 GPa。 歐瑞康巴爾查斯（Oerlikon Balzers）推出的 H13 涂層 技術結合了電弧蒸發、HiPIMS 和電弧增強輝光放電 三重增強電離，實現了對微合金化、摻雜以及層結 構設計的調控，同時保證了經濟高效的生產。H13系列涂層刀具在加工 42CrMo4 零件時展現出卓越 的切削性能，能夠完成多達 2001 個零件的加工。

HiPIMS 技術對等離子體氣氛要求較高，如通 入氧氣時易產生打弧現象，對沉積氧化物影響較大。Geng 等[91] 通過 CAE/HiPIMS 復合技術在不同 O₂進氣方式下沉積了 Cr-O/Al-O 涂層，并與用 CAE 制 備的（Cr，Al）₂O₃ 涂層進行了對比，圖 10 為幾種涂 層的表面形貌和截面形貌，其中（a）（d）為復合技術 制備Cr-O/Al-O 涂層（O₂ 從 HiPIMS 靶材附近通入）； （b）（e）為復合技術制備 Cr-O/Al-O 涂層（O₂ 從CAE靶材附近通入）；（c）（f）為電弧蒸發制備（Cr，Al）₂O₃涂層。采用復合技術制備的 Cr-O/Al-O 涂層表面 缺陷明顯少于用 CAE 制備的（Cr，Al）₂O₃ 涂層。

采用復合技術制備的 Cr-O/Al-O 涂層，如圖 10（a）（b）所示，表面缺陷明顯少于用 CAE 制備的（Cr，Al）₂O₃，如圖 10（c）所示。另外，由于 HiPIMS 源 Al 靶對 O₂ 的敏感性較高，當從 CAE 源 Cr 靶附近通入 O₂ 時，能夠更有效地控制氧氣流量范圍，使涂 層表面顆粒數量減少，同時抑制 HiPIMS 源濺射過 程中的打弧放電。

HiPIMS/AIP 復合技術結合了 HiPIMS 的低表 面粗糙度和 AIP 的高沉積速率，可以有效增強氣體 和金屬的電離，減少涂層表面的宏觀顆粒數量和尺 寸，細化晶粒，提高了涂層的機械性能和硬度。此 外，該復合技術還能通過調控氧氣進氣方式來抑 制 HiPIMS 源打弧放電，進一步提升了涂層的質量。 但這種復合技術需平衡濺射與電弧氣壓，并精確控 制各工藝參數以實現最佳性能。

3、HiPIMS 復合技術的應用領域及展望

3.1　在硬質涂層與耐磨材料中的應用

HiPIMS 技術作為一種先進的表面處理技術，憑借其獨特的脈沖放電模式，在硬質涂層領域展現 出了顯著優勢。特別是在現代加工制造業領域，高 性能刀具涂層技術對于提升加工效率、延長刀具 服役壽命及降低生產成本起著至關重要的作用[92-93]。Ganesan 等[94] 采用雙極 HiPIMS 技術在 WC-Co 刀 片上沉積非晶碳膜，并進行切削退火馬氏體時效鋼 試驗，結果表明，與脈寬為 0 μs 的 DCMS 相比，當 脈寬為 150 μs時，在給定的加工時間內，后刀面磨 損量減少了近 50%，刀具的使用壽命增加了近 2 倍。Tillmann 等 [95] 使用 DCMS/HiPIMS 復合技術顯著 提 高了 TiAlSiN 涂 層 刀 具 的 切 削 性 能 ， DCMS/HiPIMS-TiAlSiN 涂層刀具的后刀面磨損寬度僅為67 μm 左右，而 DCMS-TiAlSiN 涂層刀具的后刀面 磨 損寬 度 約為 108 μm。 Moirangthem 等[96] 使 用HiPIMS-MFMS 技術在室溫且不施加偏壓條件下沉 積了AlCrNbSiTiBN 涂層，其耐腐蝕性比 AISI 304不銹鋼提高 10.3 倍。近年來，HiPIMS 技術與多種 物理氣相沉積方法的復合應用逐漸受到關注，Tang 等[97] 采用由 RF 和 HiPIMS-MFMS 復合鍍膜 系統沉積的 ZrSiN涂層將 AISI 304 不銹鋼基體的 耐蝕性提高了 8~15 倍。Lu 等[98] 利用 DC、RF 和HiPIMS-MF 復合技術，有效解決了 Ti 靶（HiPIMSMF模式）中毒的問題，并獲得了硬度高達 34.1 GPa，平均摩擦系數低至 0.46的 CrTiBN 涂層。

摩擦系數低至 0.46 的 CrTiBN 涂層。 針對極端服役環境，如高溫、高壓及高腐蝕等 條件，傳統材料的性能往往受限。用 HiPIMS 復合 技術制備高性能的硬質涂層，為耐磨部件在極端環 境下的應用提供了可能[99]。Qin 等[100] 采用 DCMS 和 HiPIMS 復合技術研究了 MoS2-Ti 復合涂層的摩 擦學行為，結果表明，適量 Ti（原子數約 13.5 %）的 摻入顯著提升了涂層的耐磨性，涂層的平均摩擦系 數 低至 0.04。 Zhang等[101] 采 用 DCMS/HiPIMS 復 合技術制備了摩擦系數和磨損率分別低至 0.08 和4.3×10^?5 mm³·N^?1·m^?1 的 VAlN/Ag 多層涂層， Ag 層 表現出納米孿晶結構，經 300 ℃ 的高溫摩擦試驗后，內部相結構保持不變。Gui 等[102] 利用該復合沉積 技術制備的 TiAlCrN 陶瓷涂層硬度 為 28.3 GPa，摩擦試驗中在磨損軌跡處形成的致密界面氧化物 層有效提升了涂層的耐磨性，磨損率低至 8.9× 10^?17 m³·N^?1·m^?1。Lou 等[103] 報道了用 HiPIMS-MFMS復合技術制備 nc-TiC/a-C:H 納米復合涂層的研究，該 涂層具有高硬度、高耐磨性以及優異的耐硫酸腐 蝕性能，成為惡劣環境應用中很有前景的防護涂層。

將 HiPIMS 技術與其他 PVD 技術復合，能夠提 高涂層的耐磨性及耐腐蝕性，提升加工精度與效率，顯著提升工具和零部件的使用壽命，為其在極端環 境下的應用提供前提條件，在高端制造方面應用潛 力巨大。

3.2　在功能涂層與器件領域的應用

HiPIMS 復合技術在光伏器件及與半導體相關 涂層的制備中展現出顯著優勢。Lin 等[104] 采用HiPIMS/DCMS 復合技術在硬質合金上沉積了 HfBx涂層，該涂層具有高達 49.3 GPa±3.6 GPa 的超高硬 度和 667.0 GPa±9.2 GPa 的楊氏模量，可用于航空 航天、熱光伏器件和互補金屬氧化物半導體。擴 散屏障是集成電路中至關重要的組成部分，屏障失 效會導致擴散形成銅硅化物，嚴重影響器件性能和 壽命。 Mühlbacher 等[105] 通過 DCMS/HiPIMS 復合技 術在無加熱條件下制備了 Ti0.84Ta0.16N 阻擋層，900 ℃退火后，Ti0.84Ta0.16N 涂層中僅有輕微的 Cu 擴散現象，滿足半導體行業日益嚴苛的溫度要求。WN 涂層因其硬度高、熱穩定性好、電阻率低等優勢，在半 導體行業中常用作擴散阻擋層、電容器和場效應 晶體管（FET）中的電極防護涂層，Lou 等[106] 使用HiPIMS/MF 復合系統制備的 WN0.12 涂層具有 0.33的低摩擦系數和 31.5 GPa 的高硬度。

在核反應堆領域，核燃料后處理時相關零部件 常處于濃硝酸強腐蝕狀態下。Chabanon 等[107] 在304 L 奧氏體不銹鋼上沉積的 Zr/ZrO₂ 涂層，在硝酸 介質中浸泡 9 天后，表面無明顯變化，而無涂層樣品 出現晶間腐蝕，表面出現了顆粒和裂紋。Ammendola 等[108] 通過 BP-HiPIMS 技術在 Cr-4 合金上沉積Cr 涂層，主要應用作核反應堆零部件，經 84 天的 高壓釜暴露后，與無涂層的 Cr-4 合金相比，DCMSCr涂層樣品增重減少了 61%，而 HiPIMS-Cr 和 BPHiPIMS-Cr涂層樣品增重分別減少了 80% 和 90%。SiC 已成為輕水反應堆中用于核燃料包殼和管道 箱等核心部件材料， Mouche 等[109] 采 用 HIPIMS/ CAE 復合技術在 SiC 基體上制備 Cr 涂層，先用HiPIMS 沉積 Cr 層，再用 CAE 沉積 Cr 層，顯著改 善了涂層結合力，減少了涂層的開裂和剝落。

汽車行業對涂層的熱機械穩定性要求較高。 中國科學院力學所采用 HiPIMS/AIP 復合技術研制 了 TiCN、CrAlSiN、DLC 等系列三元、四元高硬高 溫涂層，并應用于長春一汽的壓鑄模具、熱鍛模具，使模具的加工壽命提高 3~5 倍以上，尤其是含釔高 溫涂層，實現了 800~1 200 ℃ 環境下涂層在熱鍛模 具上的工程應用。荷蘭豪澤（Hauzer）公司研發的Flexicoat 1500 系統同時配備 HiPIMS、電弧和離子 滲氮等六種沉積技術，最大載重可達 3 000 kg。用 該系統的復合技術制備的涂層用在水龍頭、淋浴 噴頭等衛浴五金件上，能有效減少指紋殘留，保持 五金件表面清潔亮麗，減少清潔維護的頻率；用在 汽車發動機等零部件上，能減少熱傳導，有助于降 低發動機的工作溫度，減少燃油消耗；用在大尺寸 成型模具上，能減少被加工材料在模具表面的黏附，簡化清理過程，提高生產效率，減少模具在生產過 程中的磨損，延長模具壽命，降低更換成本。Carlos等[110] 使用 HiPIMS 和 DC 偏壓技術優化 Nb/Cu 涂 層性能。研究發現，較高的直流電壓可以改善入射 離子通量的方向性，增強吸附原子遷移率，消除涂 層沉積過程中的自陰影效應，制備出表面平滑致密 的涂層，他們認為該技術可應用于射頻超導腔。

HiPIMS 復合技術在功能涂層與器件領域展現 出顯著優勢，能夠有效提升材料表面平滑度和硬度、耐磨性、耐腐蝕性等，廣泛應用于光伏器件及核反 應堆零部件用涂層等領域，在國防軍工等跨學科領 域有較大應用潛力。

3.3　HiPIMS 復合技術展望

隨著環境污染的不斷加劇，環境凈化涂層材料 的研發與應用已成為環保技術領域的重要研究方 向。光催化環境凈化技術是一種利用光催化劑在 光照條件下分解或轉化有害物質的技術，具有綠色、環保、高效節能等優勢。Zinai 等[111] 使用 HiPIMS技術在 Si 基體上制備 TiO₂ 涂層，并研究了其光學性能，結果表明：與無涂層 Si 基體相比，涂覆 TiO₂涂層的 Si 基體在 300~1 200 nm 波長范圍內反射率 顯著下降；無涂層 Si 樣品的紫外線阻擋比例約為40%，而涂覆 TiO₂ 防護層的 Si 樣品紫外線阻擋比 例約 21%，從而在硅太陽能電池上達到良好的抗反 射和防紫外線效果。Abidi 等[112] 使用 HiPIMS 技術 在滌綸布上制備了CuxO/TiO₂ 光催化劑涂層，在日 光照射下，該涂層對高濃度的三氯甲烷和丁醛的降 解效率分別達到 90%和 85%，同時具有較高的抑 菌活性。在 80 A 濺射條件下制備的 CuxO/TiO₂ 光 催化涂層在 2 h 內實現了細菌的完全滅活，可應用 于在室內空氣中凈化紡織品。Ratova 等[113] 采用HiPIMS 技術將 W 元素摻雜在TiO₂ 涂層中，并通過 亞甲基藍染料的降解率評估其光催化活性，結果表 明，盡管在紫外光照射下未觀察到光催化活性的顯 著提升，但在熒光燈和可見光條件下，該涂層表現 出對亞甲基藍的很強的降解能力，為室內光催化應 用提供了有力支持。在醫療領域，HfO₂ 涂層常用 作高性能擴展柵場效應晶體管，用于檢測阿爾茨 海默癥等與帕金森相關的 pH 值和蛋白質，目前主 要采用 HiPIMS 技術制備該涂層，未來期望采用HiPIMS 復合技術優化 HfO₂ 生物傳感器涂層的穩 定性和 pH 檢測中的靈敏度，使該生物傳感器應用 于檢測其他蛋白質型生物標志物，并構建多傳感器 陣列，用于早期篩查患者[114]。在過去的十年中，對 用于生物醫學應用的涂層材料的需求有了巨大的 增長，例如骨科植入物、牙根、心血管支架、心臟 瓣膜和其他外科器械以及藥物緩釋涂層等。目前，HiPIMS 技術已被應用于制備多種生物醫學涂層，包括 DLC、NbO、NiTi 和 TiOxNy 等[115-116]，在未來的 技術發展與更新迭代中，利用 HiPIMS 復合技術有 望制備高純度高性能的涂層，在新能源和醫療等跨 學科領域應用中發揮作用。

隨著技術的不斷進步，未來 HiPIMS 復合技術 有望實現更加精細的脈寬控制。通過精確調節脈 沖持續時間，進一步優化等離子體的密度和能量分 布，從而提高涂層的沉積質量和一致性。另外，通 過不同電源的匹配復合系統提高電源的效率和穩 定性 ，從而使 HiPIMS 放電過程更穩定。

4、總結與展望

HiPIMS 技術作為材料表面改性領域的一項關 鍵性創新成果，促進了材料性能提升和新型功能材 料的研發，但其低的沉積速率限制了其發展應用。

為克服其局限性，研究者們采用波形疊加和同步偏 壓等技術對其優化，通過與其他技術的復合和增加 輔助裝置進行不斷改進，均在一定程度上提高了沉 積速率，并改善了涂層性能。未來對于 HiPIMS 復 合技術的進一步研究，應聚焦于通過調控電源模式 及脈沖相關參數來提高 HiPIMS 復合技術的穩定 性，降低成本，解決離化率損失和工藝復雜等難題。 在保證高沉積速率條件下如何有效調控真空室內 等離子體，仍是該技術工業化推廣應用的研究熱點。 另外，未來發展的方向還包括其在特定領域的跨學 科應用，以推動該技術向更高水平發展。

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