缺氧环境中钛纳米颗粒的成核，I：实验

一直认为溅射生长钛纳米颗粒需要持续供氧。该氧供应可来自真空系统中的高本底压强，或来自有意供给的气体。氧的供应使得难以生长金属钛纳米颗粒，并可能通过与靶反应引起工艺问题。我们在此报道，使用脉冲中空阴极溅射等离子体并向工艺中添加高分压氦而非痕量氧，可以以金属六方钛（{\alpha}Ti）相生长钛纳米颗粒。氦冷却了纳米颗粒成核于其中的工艺气体。这对首次二聚体形成以及持续生长到热力学稳定尺寸都很重要。可合成纳米颗粒的参数区域被实验测绘，且此工艺窗口背后物理过程的理论被概述。发现低于 200 Pa 无纳米颗粒产生的压强极限，并可归因于低二聚体形成速率，主要由生长材料的更快速稀释引起。纳米颗粒生产也在氩气流量高于 25 sccm 时消失。此情况下主要原因被确定为成核区内气体温度升高，导致从二聚体到稳定核生长阶段中纳米颗粒（团簇）的蒸发速率过高。这两种机制在 companion paper [1] 中被深入探讨。还在低氩气分压下发现工艺稳定性极限，并可归因于从中空阴极放电到辉光放电的过渡。