双极性 HiPIMS 沉积速率的自主采样与 SHAP 解释

高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）对离子能量和通量提供了极大的控制能力，使其在定制先进功能涂层的微观结构与性能方面具有不可替代的价值。然而，与传统溅射技术相比，HiPIMS 存在沉积速率降低的问题。许多研究团队已开始评估复杂的脉冲方案以改善这一情况，利用多脉冲方案（例如预电离或双极性脉冲）。遗憾的是，这些脉冲方案复杂性的增加导致了高维参数空间，对经典实验设计构成了阻碍。在本工作中，我们评估了双极性 HiPIMS 脉冲对提高 Al 和 Ti 溅射靶沉积速率的作用。通过在 6 维参数空间上进行自主贝叶斯采样，收集了超过 3000 种工艺条件。随后，利用 Shapley 加性解释（SHAP）对这些工艺条件进行解释，以解耦复杂工艺对沉积速率的影响。这使我们能够将观察到的沉积速率变化与反向吸引和等离子体点火等物理机制联系起来。从该方法中获得的洞察随后被用于定位预期正脉冲分量对沉积速率影响最大的特定工艺。然而在实践中，沉积速率仅取得了微小的改善。在大多数情况下，正脉冲紧接在负脉冲之后似乎是不利的，我们假设这与余辉等离子体的猝灭有关。所提出的结合自主实验与可解释机器学习的工作流程，广泛适用于复杂等离子体工艺的发现与优化，为涂层技术中基于物理的数据驱动进展铺平了道路。