高功率脉冲磁控溅射及复合技术的研究进展

引言

我国国防军工、农业、医疗等领域的迅猛发展 对材料表面耐磨防护性能的要求日益严苛。物理 气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）技术是 材料表面改性的常用方法，主要包括真空蒸镀、溅 射沉积和离子镀沉积等技术，PVD 具有工艺简单、节能环保、成膜均匀致密以及可控性强等特点，已 广泛应用于多个领域[1-2]。磁控溅射技术是一种通 过气体离子轰击靶材，使靶材原子或分子沉积在基 材上形成涂层的技术。传统磁控溅射技术在高端 应用中存在等离子体密度低、离化率不足等问题，限制了涂层性能的提升[3]。

1999 年，瑞典林雪平大学 Kouznetsov 等[4] 针对 传统磁控溅射技术靶材功率密度受限问题（靶与 等离子体相互作用引起显著温升），首次提出了高 功率脉冲磁控溅射（HiPIMS 或 High Power PulsedMagnetron Sputtering，HPPMS）技术。他们将脉冲 电源与磁控溅射 Cu 阴极叠加，不仅实现了金属离 化率的显著提升（约 70%），优化了靶材利用率，进 而改善了涂层厚度均匀性。随后，该团队报道，当 以金属离子为主时，即使在距离溅射源 6~10 cm 处 也能检测到极高的等离子体密度（>1012 cm⁻³）[5]。 至2005 年，HiPIMS 技术取得了显著的发展，能够 产生 1019 m⁻³ 量级的高等离子体密度[6]。2011 年，Anders[7] 将 HiPIMS 定义为一种峰值功率通常超过 时间平均功率两个数量级的脉冲溅射技术。他们 发现，靶面的平均峰值功率密度可以达到甚至超 过 107 W/m²，涂层性能可以进一步提升。2010 年，日本学者Nakano 等[8] 基于 HiPIMS 装置，通过在阴 极上施加极性相反的脉冲来研究其对等离子体 稳定性的影响，发现所施加偏压不足以维持放电，反 而阻碍了等离子体的演化。随后，多个研究者提出 双极高功率脉冲磁控溅射（Bipolar High Power Impulse Magnetron Sputtering，BP-HiPIMS或 B-HiPIMS）技术，通过在传统 HiPIMS 的负脉冲上叠加正脉冲，可以增加溅射金属离子的运动速度，并增强离子对 电介质涂层的轰击，从而解决沉积绝缘涂层过程中 难以施加偏压及离化率弱化的技术难题[9-10]。哈尔 滨工业大学吴厚朴等[11] 提出两段式双极性脉冲高 功率脉冲磁控溅射（Double Bipolar Pulse High Power ImpulseMagnetron Sputtering，DBP-HiPIMS）技术，整 个脉冲周期内靶面附近等离子体密度维持在较高 水平，该模式下平均电流相较于传统 BP-HiPIMS模式提升了47%。

HiPIMS 技术能够产生高密度等离子体，显著 提高靶材原子离化率和等离子体密度，制备出具有 较高性能的涂层[12-14]。然而，沉积速率受限成为该 技术发展的主要瓶颈；膜层内应力水平也需进一步 提高。本文主要综述了高功率脉冲磁控溅射技术 的改进和复合技术发展，包括 HiPIMS 的波形叠加、同步偏压和外部辅助装置增强放电技术，及与射频、直流和电弧等 PVD 技术的复合技术，并对相关技 术 应用进行了简要阐述。

1、HiPIMS 技术的优势与局限性

1.1　HiPIMS 技术的核心优势

与直流磁控溅射相比，HiPIMS 技术因其高离 化率而具有更高的能量。Ferrec 等[15] 采用 DCMS和 HiPIMS技术制备了 Cr 涂层，并对两种技术下Cr⁺、Cr²⁺和 Ar⁺的离子能量分布函数进行分析，分析 结果如图 1所示。在 DCMS 放电中，大部分离子 被热化而集中于较低的能量区间，而 HiPIMS 中的 离子拥有更高的能量，其中 Cr⁺离子的分布函数达 到 60 eV 左右，远高于 DCMS 中约 30 eV 的水平。

HiPIMS 技术是通过高能离子轰击效应，提高 电离通量和原子迁移率，使沉积的涂层组织致密， 表面粗糙度降低，性能得到明显改善。Bobzin 等[16]对比了采用直流磁控溅射（Direct current magnetronsputtering， DCMS）和 HiPIMS 技 术 沉 积 （Cr， Al）N涂层的组织结构和性能，图 2 为两种技术沉积的 涂层截面形貌（a）（c）和表面形貌（b）（d），HiPIMS-（Cr，Al）N 涂层更光滑致密，并抑制了柱状晶生长，硬度和弹性模量比 DCMS-（Cr，Al）N 涂层高两倍多，这可归因于 HiPIMS 等离子体电离度的显著增加。

Ying 等[17]研 究 了 HiPIMS 与 射 频 磁 控 溅 射（RFMS）技术在 WS2 涂层制备上的差异，两种制备工艺下的涂层表面形貌如图 3 所示，RF-WS2 涂层 表面呈现出不均匀的蠕虫状结构，而 HiPIMS-WS2涂层则为鳞片状颗粒形态，涂层表面平整光滑，结 构致密。Wang 等[18] 采用 HiPIMS 与电弧离子镀（Arc IonPlating，AIP） 技术分别制备了 Cr 涂层，研 究发现 HiPIMS-Cr 涂层结构紧凑，表面光滑，几乎 无宏观颗粒缺陷，而 AIP-Cr 涂层表面则因弧斑蒸 发效应而布满较大的宏观颗粒。这进一步表明HiPIMS 技术在调控涂层微观结构方面的优越性。Reck 等[19] 通过不同 PVD 沉积技术在 SiO₂ 和聚苯乙 烯基体上沉积 Ag涂层，结果表明，使用 BP-HiPIMS技术对金属离子进一步加速所沉积的涂层比 DCMS技术展现出更高的簇密度，两种工艺下的涂层形态 相似，但 BP-HiPIMS 工艺中涂层结构尺寸（61 nm± 9 nm）比 DCMS 工艺（76nm±8 nm）更小。Cho 等[20]采用 BP-HiPIMS 和 DCMS 技术在 304 不锈钢表面 制备了 α 相钽涂层，图4 为用不同技术所制备涂层 的截面形貌对比，使用双极 HiPIMS技术形成纳米晶涂层，高能钽离子轰击导致柱状晶生长被打断是 纳米晶结构形成的原因。

HiPIMS 技术能够使等离子体高度离化且无大 颗粒，在高偏压电场作用下高密度离子束流轰击基 体表面，使离子注入至基体界面，也可促进涂层局 部外延生长，增强膜/基结合力等性能。Alhafian 等[21]对比了阴极电弧蒸发（Cathodic Arc Evaporation，CAE）与 HiPIMS 技术制备的 TiAlN 涂层，研究发现 HiPIMS诱导涂层晶体结构择优取向由（200）向（111）转变，这一转变归因于 HiPIMS 脉冲之间的弛豫时 间效应。另外，HiPIMS 技术制备涂层的硬度与应力 水平不一定相关，因而可通过调整沉积参数来调控 杨氏模量

，进而优化 H/E 和 H3/E2 比值来提升涂层耐 磨性。Kiryukhantsev-korneev 等[22] 使用单一 DCMS和HiPIMS 技术在相同功率下制备了（MoTaNbZrHf）- Si-B 涂层，结果表明 HiPIMS 所制备涂层划痕边缘 处的涂层剥落面积显著减小，且压头穿透深度达 到 DCMS 涂层的两倍，此外，涂层磨损率降低约 30%，循环冲击载荷提高两倍。在 MAX 相涂层制备领 域，Li 等[23] 使用 HiPIMS 和 DCMS 技术分别在 Ti6Al-4 V合金基底上沉积 Ti-Al-C 涂层，由于具有高 动能的高离子化等离子流，HiPIMS 沉积获得了纳 米晶 TiAlx 化合物，并在 700 ℃ 退火后生成致密平滑的 Ti3AlC2 相涂层，Ti3AlC2 相可以在 450 ℃ 早期 参与结晶，而经退火的 DCMS 涂层仅生成 Ti2AlC相。德国赛利（Ceme Con）公司将基于 HiPIMS 技术的Ferro Con®Plus 工艺成功应用于 AlTiN 基高性能涂 层的商业化生产，该涂层展现出卓越的高温稳定性，最大服役温度达 1 100 ℃，车削 Inconel 718 合金时，加工 1 000 m 的切削距离后，AlTiN 涂层刀具磨损 带宽（140 μm）仅为标准 TiAlN 涂层刀具（280 μm）的 一半，且经企业广泛应用验证，在不同应用领域，该涂层的刀具寿命均有显著提升（提高 50%~80%）。HiPIMS 技术以其低占空比和高功率脉冲特性，显著提升了靶材电离度和等离子体密度，增强了离 子能量和通量，不仅促进了涂层表面粗糙度的降低 和结构的致密化，还提升了涂层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和高温稳定性，为极端工况下的材料保护 提 供了有力支持。

1.2　HiPIMS 技术发展的主要局限

尽管研究者们已经对 HiPIMS 技术进行了大 量研究，但在相同的平均功率下，其沉积速率仍然 比 DCMS 低，这一直是制约其广泛应用的核心挑 战，并持续成为该领域研究的焦点。目前的研究认 为，造成上述问题的主要原因如下：（1）回吸效应，溅射原子的高度电离显著增强了离子对靶材的反 向吸引作用，即“回吸”现象，直接导致部分溅射粒 子不能有效脱离靶面而参与沉积，从而降低了沉积 速率[24]；（2）产率效应，溅射产率随离子能量的增加 呈非线性增长，限制了高能量脉冲下溅射效率的进 一步提升[25]；（3）物种效应，当工作气体离子被反向 吸引的靶材离子所替代时，溅射过程的动力学特性 发生变化，影响了溅射产率的稳定性，进而降低了 沉积速率[26]；（4）输运效应，HiPIMS 等离子体中强 烈的轴向电位梯度不仅阻碍了因气体碰撞电离的 低能金属离子传输到基底，还导致他们在径向传 输过程中的侧向损失，进一步降低了沉积效率[27]； （5）气体稀薄效应，在较长的 HiPIMS 脉冲（>50 μs）条件下，气体稀薄现象降低了可用于溅射的有效 离子密度，这也是导致沉积速率下降的一个重要因 素[28]。Tiron 等[29] 进行了系统性的对比研究，图 5 为DCMS 和 HiPIMS 在不同脉冲持续时间下的涂层 沉积速率。所有脉冲时间下HiPIMS 技术的沉积 速率均最低，在超短 HiPIMS 脉冲期间，由于金属 粒子在高密度等离子体区域停留时间不足且离子 返回概率较低，自溅射模式放电的概率相应降低，导致沉积速率相对较高。自溅射是 HiPIMS的一个基本特征[7]，其机制（如图 6 所示）与依赖气体 Ar 离 子溅射的传统磁控溅射不同，HiPIMS 主要依赖靶 材自身返回的离子进行溅射，这一过程高度依赖于 电离效率[7]。

HiPIMS 技术的高能量离子注入会导致所沉积 涂层的残余应力增加。Tillmann 等[30] 采用不同 工 艺 沉积了 AlCrN 和 AlCrVYN 涂 层 ， 研 究 发 现DCMS 样品的宏观和微观残余应力均明显低于使 用 HiPIMS工艺的样品，这归因于 HiPIMS 沉积过 程中产生的高能离子在沉积过程中加速了原子间 的碰撞与重组，并促进了晶格缺陷（如空位、位错 等）的形成，进而导致了残余应力的累积。Patidar等[31] 采用不同工艺沉积 AlN 涂层，并对涂层中的 应力进行了分析，图 7 为采用不同制备技术得到的AlN 涂层中的 Ar 离子掺杂含量及应力值，所有用HiPIMS 制备的涂层均展现出比用 DCMS 制备的涂 层更高的应力水平和 Ar 离子掺杂含量，当引入基体 偏压时，用 HiPIMS 沉积的涂层应力和 Ar 离子掺杂 含量均比偏压为 0 V 时有进一步提高。Cemin 等[32]和 Yang 等[33] 也 报 道 了 类 似 结 果 。 Li 等[34] 采 用HiPIMS 技术沉积了 TiAlSiN 涂层，结果表明，在 0 V到−150 V 的偏压下，离子轰击增强导致涂层择优 取向从（200）向（220）转变，压应力从−0.5 GPa 增加 到−1.7 GPa，硬度和韧性在−150 V 时偏压达到最大 值 37.5 GPa±0.6 GPa 和 H/E = 0.110；当偏压进一步 增 加 到−200 V 时 ， 压 应 力 进 一 步 增 大 至 −3 GPa，过度的离子轰击促使涂层择优取向转变为（200），涂层的硬度、韧性和结合强度也有明显降低。Das 等[35] 采 用 HiPIMS 技 术 沉 积 TiAlSiN 涂 层 的 研究进一步表明，随着脉冲频率的增加，虽然沉积 速率有所提升，但涂层表面粗糙度也从 9.42 nm 增 加至 14.32 nm。

HiPIMS 技术虽然取得了显著的进步，但其较 低的沉积速率一直是限制其广泛应用的瓶颈。该 问题主要归因于回吸效应使有效溅射粒子减少，产 率效应限制了高能量下的溅射效率，物种效应影响 了溅射动力学稳定性，输运效应阻碍了离子向基材 的有效传输，以及气体稀薄效应降低了有效离子密 度。此外，HiPIMS的高能量离子注入使涂层中的 惰性气体原子含量增加，导致残余应力增加，影响 涂层性能。HiPIMS 技术对等离子体气氛要求较高，容易受到多种因素的影响而产生打弧现象，该现象 不仅会影响沉积过程的稳定性和可靠性，还可能对 设 备和靶材造成损害，增加维护成本。

2、HiPIMS 技术发展及复合技术

基于上述 HiPIMS 技术所存在的问题，研究者 们已开展较多针对性研究，这些研究主要聚焦于HiPIMS 技术本身的发展改进和通过复合技术优化 两个方面。在 HiPIMS 技术的直接改进方面，主要 包括采用波形叠加、实施同步偏压技术及增加辅 助设备等方法；复合技术分为与磁控溅射和电弧离 子镀技术的结合应用，其中 HiPIMS 技术与磁控溅 射技术复合沉积包括与直流磁控溅射、射频磁控 溅射以及中频磁控溅射的复合。这些改进不仅增 强了 HiPIMS 的放电，还提高了涂层的沉积速率，改 善了涂层性能。

2.1　HiPIMS 技术的发展改进

2.1.1　波形叠加技术

对于 HiPIMS 技术的低沉积速率和高残余应 力，可以通过以下方式进行改善：（1）放电脉冲参数 调控（脉冲持续时间、重复频率、峰值电流等），较 短的脉冲时间能够有效缓解自溅射现象并抑制气 体稀薄效应[36]。另外，将 HiPIMS 脉冲限制在非常短 的持续时间（<5 μs）内，能够显著提升等离子体的电 离度，有效控制金属离子的反向吸引效应，提升沉积 效率[37]。（2）改变磁控管的磁场强度或形态，能够直 接影响等离子体鞘层的特性，优化离子传输路径至 基底的过程，进而提升沉积速率和涂层质量[38-39]。（3）以多脉冲模式叠加 HiPIMS，可以提升溅射材料 的电离度并抑制金属离子的反向吸引效应[40]。通过脉冲来调控 HiPIMS 效果较为常见，图 8展示了多种脉冲模式的实际应用案例[41]。包括三角 形脉冲[42]（图 8（a））、矩形单脉冲[43]（图 8（b））、脉冲 组内的叠加模式[44]（图 8（c）），此类脉冲组也用于深 度振荡磁控溅射（Deep Oscillation Magnetron Sputtering，DOMS）[45]。图8（d）所示脉冲组中的低电流用 于放电的预电离，预电离和其后的 HiPIMS 脉冲都 可以由短脉冲组组成，这也称为调制脉冲磁控溅射（Modulated Pulsed Magnetron Sputtering，MPPMS）[46]。 图 8（e）所示的反向电压叠加应用模式是施加比负 溅射电压更低的正向电压[47-48]。利用单个脉冲发 生器同时驱动两个磁控溅射源的双极操作模式如 图 8（f）所示[49]，这些脉冲模式为 HiPIMS 技术提供 了全新的研究方向。通过将 HiPIMS技术叠加可 实现波形转变，进而改善涂层沉积速率，多方面调 控涂层残余应力及其他性能，并提供良好的等离子 体氛围，有利于持续稳定地起辉及放电。

2.1.2　同步偏压技术

HiPIMS 工作期间，气体离子电离与放电电流 同步发生，而在靶电流密度达到较高值后金属离子 才产生，在 HiPIMS 脉冲的后半部分，放电主要以 金属离子为主，气体稀薄效应和离子化物质的质量 差都可能导致其到达基体的时间不同，这导致气体 离子一般在金属离子之前到达[50-51]。利用同步脉 冲偏压来实现金属离子同步 HiPIMS（Metal-IonsSynchronized HiPIMS，MIS-HiPIMS）方法能够选择 性地增加特定离子的动能，同时最大限度地减少涂 层中的惰性气体，拓展了其在半导体领域的应用。

兰州空间技术物理研究所的 Gui 等[52] 采用 MISHiPIMS技术调控高能离子通量来优化涂层表面的 轰击效应。研究表明，随着同步脉冲宽度的增加，沉积的 CrSiN 涂层从粗糙的横向柱状结构逐渐演 变为光滑和紧凑的柱状结构，晶粒细化，硬度和弹 性模量显著增强，磨损率低至 9.1×10⁻¹⁶ m³/（N·m）。Patidar 等[31] 采用 MIS-HiPIMS 技术改善倾斜角沉 积 AlN 涂层，发现无论沉积角度如何，涂层中柱状 晶粒的生长几乎垂直于基体表面，与 HiPIMS 技术 相比，涂层中惰性气体离子含量降低。另外，将其 与 DCMS 沉积态样品暴露于大气环境 5 min 后，DCMS 涂层中约有 5% 的氧含量，而 MIS-HiPIMS涂层仅显示表面氧化，涂层内部保持无氧状态。这 归因于其致密微观结构 ，防止了涂层的晶界氧化。

2.1.3　辅助设备增强技术

通过引入外部辅助设备，如叠加电子回旋共振 装置或添加外部磁场，能够改变离子输运通量，加 速涂层沉积过程，同时改善涂层质量[53]。早在 20 世 纪 90 年代，电子回旋波共振（Electron Cyclotron WaveResonance，ECWR）辅助磁控溅射技术就有报 道[54-55]。随后，Stranak 等[56] 验证了将 HiPIMS 与 RF（fRF=13.56 MHz）-ECWR 等离子体源相结合沉积涂 层的设想，研究发现，ECWR 辅助显著促进了金属 离子的产生，在低压区域，金属电离通量增加了约30%。Krýsová等[57] 采用反应 HiPIMS 结合 ECWR的方法沉积Fe₂O₃ 涂层，展现了高电离度与更多溅 射粒子的特点，ECWR 的辅助将沉积涂层过程中 的最小启辉气压由1 Pa 降低至 0.35 Pa，复合辅助 技术也显著提高了放电脉冲期间等离子体的电子 温度与离子密度。微波等离子体辅助 HiPIMS（Microwave Plasma-Assisted， MA-HiPIMS）技术近年来 受到广泛关注。Hain 等[58] 研究了 HiPIMS 和 MAHiPIMS技术对 DLC 涂层性能的影响，在 HiPIMS模式下，等离子体的最大电势和电子温度数值在脉 冲结束时出现，离子和电子密度的峰值略后出现，余辉期间，带电粒子飞溅向基体，随后各项参数数 值下降。在 MA-HiPIMS 模式下，前 20 μs 为典型微 波等离子体特性，随后因微波源产生的等离子体有 效屏蔽了靶电势激增引起的电场快速变化，避免了 电流峰值产生，等离子体电势、电子温度和离子密 度在脉冲结束前达到最小值，而电子密度在脉冲结 束之后下降。尽管 MA-HiPIMS 未显著提升涂层的 硬度（上限约 30 GPa），但涂层表面更光滑。

高功率脉冲虽能瞬间释放大量电子，但部分电 子会直接撞击真空室壁，使能量损失。引入外部磁 场能够显著提升高能电子的利用率，有效遏制其向 真空腔壁的逃逸，促进电子与真空室内中性粒子的 频繁碰撞与离化过程，进而增强等离子体的密度与 活性。此效应不仅能够加速 HIPIMS 过程中的沉 积速率，还能改善涂层的质量[59-60]。Li 等[61] 通过辅 助阳极和外部电磁线圈来调控真空室内的电场电 势和阴极磁场分布，形成外部电场磁场同步增强的HiPIMS（External Electric Field and External Magnetic FieldEnhanced Simultaneously the HiPIMS，（E-MF）- HiPIMS），并以此来制备 V 涂层。结果表明当阳极电压设定为 70 V 时，辅助模式下基体峰值离子电流密 度比单一 HiPIMS 模式增加了 4 倍，且涂层表面更为光滑致密。在相同靶功率条件下，（E-MF）-HiPIMS的沉积速率比传统 HiPIMS 高约 73%。Tian 等[62]通过磁场增强 HiPIMS 技术沉积了（AlTi）xN1−x 涂 层，涂层的沉积速率和硬度分别从 23.67 nm/min 和23 GPa增加至 25.67 nm/min 和 28 GPa，表面粗糙度 从 8.7 nm 降低至 5.2 nm，进一步验证了磁场辅助在 优化HiPIMS 技术方面的有效性。

在 HiPIMS 技术中引入外部辅助装置及（或）添加外部磁场，一定程度上提高了电离效率和等离 子体稳定性，提高了涂层沉积速率与性能。另外，外部磁场的引入进一步提升了电子利用率，减少了 能量损失。但这些方法都存在高成本、高能耗的 特点 ，不利于工业化发展应用。

2.2 HiPIMS 与磁控溅射复合技术

2.2.1 HiPIMS 与直流磁控溅射复合技术

直流磁控溅射（DCMS）技术具有较低的离化 率，较高的沉积速率，而 HiPIMS 技术由于溅射靶 材离化后，一部分离子返回靶面产生自溅射过程，导致到达基体的溅射离子减少，沉积速率较低，将HiPIMS 与 DCMS技术结合可以有效缓解 HiPIMS沉积速率低的问题[63-64]。

HiPIMS/DCMS 共溅射装置结合 了 DCMS 源 提供的高沉积速率与 HiPIMS 源产生的高能金属 离子，实现了涂层性能的优化，在保证力学性能的 同时降低残余应力。Hsu 等[65] 对比了高功率脉冲 和直流磁控共溅射技术沉积的 TiWC 涂层，采用复 合技术制备的 TiWC 涂层致密，硬度高于 30 GPa，与 DCMS 相比，工艺相对能耗降低了 77%。他们 通过该技术制备的 TiAlSiN 涂层在保持硬度高达30 GPa 的同时，将残余应力控制在 0.5 GPa 以内[66]。Liu 等[67] 通 过 DCMS 和 HiPIMS/DCMS 共溅射在 充 He 条件下沉积了的 Al涂层，结果表明，采用HiPIMS/DCMS 共溅射时，由于溅射的金属离子能 量高，沉积的金属颗粒的迁移能力得到增强，晶粒 尺寸增大，位错环的直径和密度减小。Dias 等[68]报道了有关 TiAlTaN 涂层的沉积：复合 DCMS/HiPIMS工艺结合了 DCMS 和 HiPIMS 的优点，所沉积 涂层的硬度（40 GPa）与用单一 HiPIMS 工艺（41 GPa）沉积的相当，但在相同条件下，其沉积速率可达 到 HiPIMS 工艺的 2 倍。Ding 等[69] 使用DCMS 和HiPIMS、复合技术在不同的偏置电压下沉积 Cr 涂 层。结果表明，随着偏压的增加，涂层沉积速率的 下降逐渐减慢， 但 在 500 V 偏压时仍可保持 约100 nm/min 的沉积速率，涂层表面粗糙度随偏压增大而增大。Zoita 等[70] 报道，与 DCMS 溅射相比，在相同温度下用 DCMS/HiPIMS 复合技术制备的TiC 涂层具有更好的结构有序性，电阻率值降低了6%~23%。在 200 ℃ 沉积温度下，用 DCMS 沉积的 涂层表面粗糙度约为用 DCMS/HiPIMS 技术沉积 涂层的 3 倍。Wu 等[71] 采用 Al-HiPIMS/TiSi-DCMS配置制备了TiAlSiN 涂层，其最大金属原子比为Al/（Al+Ti）=0.59，Si 原子数含量为 9.4 %，合成了比 传统溅射技术组成范围更广的 NaCl 结构亚稳态过 渡金属氮化物。Tillmann 等[72] 使用不同技术沉积TiAlN 涂层，DCMS 涂层仅有−1 817.0 MPa 的残余 压应力，HiPIMS 放电的高电离导致涂层残余应力 值高达−5 979.2 MPa，超过单一 DCMS 涂层残余应 力的 3 倍，而用复合技术制备的涂层的残余应力低 至−626.4 MPa 左右。类似的低残余应力现象在其 他文献中也有报道[73]。

在 HiPIMS/DCMS 工艺中，由于 HiPIMS 离化 率较高，不同靶位配置模式下涂层性能差异较大。Wicher 等[74] 报道，不同靶位配置会对 Ti1-xAlxBy 涂 层产生较大影响，两种模式下涂层硬度均随着 Al含量增加而降低，TiB2HiPIMS/AlB2-DCMS 模式下x=0.36 时，硬度达到最大值 43.1 GPa±2.6 GPa，x=0.76时涂层硬度低至 20.0 GPa±1.2 GPa，而 AlB2-HiPIMS/ TiB2-DCMS 涂层硬度最高可达 46.0 GPa±2.5 GPa，即使Al 含量最高（x=0.74）的涂层也具有 32.8 GPa± 1.7 GPa 的硬度值。Greczynski 等[75] 利用 Ti- HiPIMS/ Si-DCMS 和 Si-HiPIMS/Ti-DCMS 两种靶材配置模 式下沉积 Ti1−xSixN 涂层。图 9 为 200 μs 内靶电压、电流及功率密度的波形变化， HiPIMS 电压值在 一个波长内呈下降至稳定趋势，Si-HiPIMS 的电压在稳定时约为 Ti-HiPIMS 的 3 倍；HiPIMS 电流值 在一个波长内呈先增大后减小趋势，Ti-HiPIMS 电流密度峰值出现早于 Si-HiPIMS，功率密度呈现相 同趋势。高离化率的 Ti 源（Ti-HIPIMS）与低离化率的 Si 源（Si-DCMS）易促进第二相 a-SiNx 析出，生 成纳米复合结构，获得高硬度涂层；反之，高离化率的 Si 源（Si-HIPIMS）和低离化率的 Ti 源（Ti-DCMS）组合，倾向于生成 Ti1−xSixN 固溶体，涂层硬度较低。

HiPIMS 与 DCMS 复合技术结合了两者优势， 有效缓解了 HiPIMS 中的自溅射现象，增强了涂层 的结晶度与沉积速率，并保持涂层的高硬度。复合 技术虽降低了相对能耗，但粒子离化率及系统的等 离子体密度也有相应损失，且不同靶位配置显著影 响涂层微观结构与性能。总体而言，HiPIMS/DCMS复合技术为制备高性能涂层提供了有效途径，但仍 需平衡两者来调控对涂层性能的影响机制。

2.2.2　HiPIMS 与射频磁控溅射复合技术

射频磁控溅射（RFMS）技术是通过施加高频电 场（国际上常用的射频频率为 13.56 MHz）实现电容 耦合或电感耦合形成等离子体，电子与气体分子发 生碰撞使气体分子离化，高能粒子经电场加速轰击 靶材，使原子或分子被溅射。RFMS 因对靶材的广 泛适用性及高效的沉积速率而备受瞩目，适用于导 体、半导体和绝缘靶材。这是因为射频电场能够 在非导电材料中产生感应电流，激活靶材表面的等 离子体，为溅射过程提供了必要的能量与条件。鉴 于 HiPIMS 技术在沉积速率方面存在的局限性，有 研究者提出了采用 HiPIMS与 RFMS 的共沉积策 略，不仅弥补了 HiPIMS 在沉积速率上的不足，还 进一步拓宽了可用靶材的多样性[76]。

HiPIMS 与 RFMS 共溅射能够在改善涂层力学 性能的同时，提高 HiPIMS 溅射效率，增大靶功率 密 度，改善沉积速率。 Diyatmika 等[77] 采 用 HiPIMS/RFMS复合技术制备了 Cr-Si-N 涂层，研究发 现，增加RF 靶功率和 HiPIMS 占空比均可提高沉 积速率。另外，涂层硬度和弹性模量随着 RF 靶功 率的增加和HiPIMS 占空比的减小而增加，最高分 别达到了 31.5 GPa 和 292 GPa。Holtzer 等[78] 通过该 复合沉积技术提高了 a-NbSi 涂层的沉积速率以及 均匀性，涂层的超导临界转变温度（Tc）和电阻率（ρ）均呈现出优异性能。研究还表明，预电离在混合技 术中能够有效减少电流响应延迟。叶谱生等[79] 结 合 HiPIMS和 RFMS 技术制备出硬度高达 43.65 GPa的纳米复合结构 TiB2-Ni 涂层。Lou 等[80] 使用该复 合技术制备 TiCrSiN 涂层，提高了溅射效率，当 RFSi靶功率从 50 W 增加到 150 W 时，由 HiPIMS 供 电的 TiCr靶的峰值功率密度从 1 214 W/cm² 增加 到 1 350 W/cm²。来自靶材和溅射气体的所有溅射 离子的能量分布尾部向更高能量区域偏移，这可能 是因为鞘层电压受到等离子体电势的影响，而等离 子体电势反过来又受到等离子体生成方式以及相 邻磁控源产生的等离子体的影响所致。

HiPIMS/RFMS 复合技术融合了 HiPIMS 的高8 真空与低温 第 31 卷 第 1 期能离子优势与 RFMS 在非导电靶材上的广泛适用 性，为氧化物涂层制备提供了有效方法，但 RFMS技术的高成本、涂层的高残余应力及在复杂结构 基体上难以均匀沉积等缺点也限制了其应用推广，需综合考虑其技术挑战与经济成本。

2.2.3　HiPIMS 与中频磁控溅射复合技术

中频磁控溅射（Medium Frequency Magnetron Sputtering，MFMS）技术一般用两个并排的溅射靶，也称为孪生靶，阳极与阴极在两个孪生靶中交替变 换，通过施加交变电场中和因负电压在靶面积累的 正电荷，从而抑制打火现象，并完成溅射过程。溅 射电源的工作频率一般在 10~100 kHz 内，峰值功 率密度低于0.1 kW·cm−2，占空比较高（≥50%），虽 然溅射产物的电离率相对较低，但能实现较高的沉 积速率。此外，还能在反应气氛（尤其是氧化性气 氛）中有效沉积涂层，相较于其他方法，显著减少了“靶中毒”现象，抑制打弧的产生。目前将 HiPIMS与 MFMS 相结合的系统主要分为三种类型，其不 同之处在于电源及其与溅射靶材的连接方式[81]。 第一种采用两个（或更多）独立磁控靶位，其中一个 靶位在 MFMS 模式工作，另一个在 HiPIMS 模式下 运行；第二种系统将两个电源并联至同一磁控靶位，通过二极管在输出端实现电流叠加，进而形成单 极 HiPIMS 和 MF 脉冲；第三种也采用双磁控靶位 交替极性电流供电，通过双极电压脉冲交替溅射两 个靶材，从而清除靶材表面的介电涂层并补偿正空 间电荷，以此解决介电涂层磁控溅射沉积过程中阳 极损耗和频繁打弧的问题。

采用 HiPIMS/MFMS 复合技术沉积涂层能够 有效解决频繁打弧现象，提高沉积速率，并改善涂 层性能。Moirangthem 等[82] 的报道表明，与单一HiPIMS 技术相比，用复合技术所制备 WOx 涂层具 有更高的沉积速率和硬度。在相同条件下，使用HiPIMS-MF 技术的涂层沉积速率达到 62.6 nm/min，明显高于单一HiPIMS 技术的 35.1 nm/min。Chuang等[83] 采用该复合技术制备了电阻率低至 3.41 Ω·cm、沉积速率高达 13.9 nm/min 的富 Ni3+的 NiO 涂层。Lou 等[84] 对比了不同制备技术对 TiN 涂层截面形貌 的影响，结果表明：用 DCMS 制备的涂层呈现出相 对多孔的柱状结构；用 MFMS 沉积的涂层在亮场 图像中可见沿柱状晶粒分布的缺陷；而用 HiPIMS/ MFMS 复合技术制备 的 TiN 涂 层 ， 由 于 HiPIMS增强的离子轰击效应，表现出比单独使用 HiPIMS或 DCMS 制备的膜更为致密紧凑的微观结构。Ferreira 等[85] 采用不同方式沉积 Al₂O₃ 涂层，与单独 使用 HiPIMS 技术相比，MFMS/HiPIMS 的复合可提 升沉积速率，降低涂层内部的压应力与结晶度。另 外，单一 HiPIMS 沉积的涂层压应力高达 10 GPa± 1.6 GPa，用复合技术沉积速率大幅提高，应力降低至−4.10 GPa±0.6 GPa。Kment 等[86] 分别采用 HiPIMS和 HiPIMS/MFMS 复合技术在FTO 导电玻璃基体 上沉积了厚度约 30 nm 的 TiO₂ 阻挡层 ， 并使用 循环伏安法测试涂层覆盖率，两种方法所制备的沉 积态 TiO₂ 涂层均致密，但经 450 ℃ 热处理后，用HiPIMS 技术制备的样品的峰值电流密度低于无涂 层 FTO 基体，并伴随峰间分离。原因在于，经退火 处理后，用 HiPIMS 技术制备的 TiO₂ 涂层结晶度较 低、缺陷较多，涂层覆盖率较低，导致涂层对电荷 转移的阻挡性失效。与此相比，用HiPIMS/MFMS复合技术制备的涂层具有较好的结晶性和较少缺 陷，涂层覆盖率较高，能够有效阻挡电荷转移。

将 MFMS 引入到 HiPIMS 放电中，通过不同配 置方式实现 HiPIMS 与 MFMS 的协同作用，有效提 升了涂层的沉积速率，同时降低了内部压应力，提 高了涂层的热稳定性和电化学性能，并抑制了靶材 打弧现象。然而，复合系统也面临技术复杂性与成 本增加的挑战 ，限制了其应用。

2.3　HiPIMS 与电弧复合技术

电弧离子镀（AIP）技术具有高电离度和沉积速 率等优点，但是，该技术沉积过程中会产生大量液 滴，使所制备的涂层表面有较多大颗粒，因而有较 高的表面粗糙度。不同的靶材所产生的液滴数量 和尺寸不同，如 VN 的液滴数量远高于 CrN，这一 缺陷严重限制了其在高端涂层制备领域的广泛应 用。另外，对于一些高纯度高熔点或无法蒸发离化 的靶材（Mo 靶、Si 靶和 B 靶等），电弧弧斑放电不 稳定或无法起弧，而在溅射源（HiPIMS）上工作稳 定，能被较好地原子化和离子化。HiPIMS 与电弧 复合可将电弧无法蒸发离化或产生液滴含量高的 靶材应用于 HiPIMS 源，降低涂层表面粗糙度。

采用 HiPIMS/AIP 复合技术沉积涂层时，高密 度等离子体使气体和金属电离增强，涂层的表面平 滑度和机械性能提高。Chang 等[87] 将真空电弧蒸 发（Vacuum Arc Evaporation，VAE）与 HiPIMS 技术 结合沉积TiN 涂层，在单一 VAE 模式下，涂层柱状 晶的平均尺寸为 121 nm，当 HiPIMS 功率增加到 4 kW时，晶粒细化（47.8 nm）。该团队还报道了用 HiPIMS/ CAE（阴极电弧蒸发）沉积 TiN 的工艺，研究发现，涂层表面宏观颗粒数量和尺寸与占空比呈正相关，降 低占空比能够减小涂层中柱状晶尺寸，增加纳米晶 数量，从而引入更多的晶界来抵抗位错[88]，增加离 子轰击通量可以有效去除涂层生长过程中形成的 松散颗粒。

Singh 等[89] 使用电弧增强 HiPIMS 技术 制备 AlCrN 涂层，其致密的微观结构有效阻碍了氧 原子向基体方向的扩散，而使涂层具有优异的抗氧 化性。Ding 等[90] 采用 HiPIMS /AIP 复合技术沉积 具有非晶Si3N4 包裹 Cr（Mo）N 纳米晶的 Cr-Mo-Si-N纳米复合结构涂层，涂层硬度最高可达 26.5 GPa。 欧瑞康巴尔查斯（Oerlikon Balzers）推出的 H13 涂层 技术结合了电弧蒸发、HiPIMS 和电弧增强辉光放电 三重增强电离，实现了对微合金化、掺杂以及层结 构设计的调控，同时保证了经济高效的生产。H13系列涂层刀具在加工 42CrMo4 零件时展现出卓越 的切削性能，能够完成多达 2001 个零件的加工。

HiPIMS 技术对等离子体气氛要求较高，如通 入氧气时易产生打弧现象，对沉积氧化物影响较大。Geng 等[91] 通过 CAE/HiPIMS 复合技术在不同 O₂进气方式下沉积了 Cr-O/Al-O 涂层，并与用 CAE 制 备的（Cr，Al）₂O₃ 涂层进行了对比，图 10 为几种涂 层的表面形貌和截面形貌，其中（a）（d）为复合技术 制备Cr-O/Al-O 涂层（O₂ 从 HiPIMS 靶材附近通入）； （b）（e）为复合技术制备 Cr-O/Al-O 涂层（O₂ 从CAE靶材附近通入）；（c）（f）为电弧蒸发制备（Cr，Al）₂O₃涂层。采用复合技术制备的 Cr-O/Al-O 涂层表面 缺陷明显少于用 CAE 制备的（Cr，Al）₂O₃ 涂层。

采用复合技术制备的 Cr-O/Al-O 涂层，如图 10（a）（b）所示，表面缺陷明显少于用 CAE 制备的（Cr，Al）₂O₃，如图 10（c）所示。另外，由于 HiPIMS 源 Al 靶对 O₂ 的敏感性较高，当从 CAE 源 Cr 靶附近通入 O₂ 时，能够更有效地控制氧气流量范围，使涂 层表面颗粒数量减少，同时抑制 HiPIMS 源溅射过 程中的打弧放电。

HiPIMS/AIP 复合技术结合了 HiPIMS 的低表 面粗糙度和 AIP 的高沉积速率，可以有效增强气体 和金属的电离，减少涂层表面的宏观颗粒数量和尺 寸，细化晶粒，提高了涂层的机械性能和硬度。此 外，该复合技术还能通过调控氧气进气方式来抑 制 HiPIMS 源打弧放电，进一步提升了涂层的质量。 但这种复合技术需平衡溅射与电弧气压，并精确控 制各工艺参数以实现最佳性能。

3、HiPIMS 复合技术的应用领域及展望

3.1　在硬质涂层与耐磨材料中的应用

HiPIMS 技术作为一种先进的表面处理技术，凭借其独特的脉冲放电模式，在硬质涂层领域展现 出了显著优势。特别是在现代加工制造业领域，高 性能刀具涂层技术对于提升加工效率、延长刀具 服役寿命及降低生产成本起着至关重要的作用[92-93]。Ganesan 等[94] 采用双极 HiPIMS 技术在 WC-Co 刀 片上沉积非晶碳膜，并进行切削退火马氏体时效钢 试验，结果表明，与脉宽为 0 μs 的 DCMS 相比，当 脉宽为 150 μs时，在给定的加工时间内，后刀面磨 损量减少了近 50%，刀具的使用寿命增加了近 2 倍。Tillmann 等 [95] 使用 DCMS/HiPIMS 复合技术显著 提 高了 TiAlSiN 涂 层 刀 具 的 切 削 性 能 ， DCMS/HiPIMS-TiAlSiN 涂层刀具的后刀面磨损宽度仅为67 μm 左右，而 DCMS-TiAlSiN 涂层刀具的后刀面 磨 损宽 度 约为 108 μm。 Moirangthem 等[96] 使 用HiPIMS-MFMS 技术在室温且不施加偏压条件下沉 积了AlCrNbSiTiBN 涂层，其耐腐蚀性比 AISI 304不锈钢提高 10.3 倍。近年来，HiPIMS 技术与多种 物理气相沉积方法的复合应用逐渐受到关注，Tang 等[97] 采用由 RF 和 HiPIMS-MFMS 复合镀膜 系统沉积的 ZrSiN涂层将 AISI 304 不锈钢基体的 耐蚀性提高了 8~15 倍。Lu 等[98] 利用 DC、RF 和HiPIMS-MF 复合技术，有效解决了 Ti 靶（HiPIMSMF模式）中毒的问题，并获得了硬度高达 34.1 GPa，平均摩擦系数低至 0.46的 CrTiBN 涂层。

摩擦系数低至 0.46 的 CrTiBN 涂层。 针对极端服役环境，如高温、高压及高腐蚀等 条件，传统材料的性能往往受限。用 HiPIMS 复合 技术制备高性能的硬质涂层，为耐磨部件在极端环 境下的应用提供了可能[99]。Qin 等[100] 采用 DCMS 和 HiPIMS 复合技术研究了 MoS2-Ti 复合涂层的摩 擦学行为，结果表明，适量 Ti（原子数约 13.5 %）的 掺入显著提升了涂层的耐磨性，涂层的平均摩擦系 数 低至 0.04。 Zhang等[101] 采 用 DCMS/HiPIMS 复 合技术制备了摩擦系数和磨损率分别低至 0.08 和4.3×10⁻⁵ mm³·N⁻¹·m⁻¹ 的 VAlN/Ag 多层涂层， Ag 层 表现出纳米孪晶结构，经 300 ℃ 的高温摩擦试验后，内部相结构保持不变。Gui 等[102] 利用该复合沉积 技术制备的 TiAlCrN 陶瓷涂层硬度 为 28.3 GPa，摩擦试验中在磨损轨迹处形成的致密界面氧化物 层有效提升了涂层的耐磨性，磨损率低至 8.9× 10⁻¹⁷ m³·N⁻¹·m⁻¹。Lou 等[103] 报道了用 HiPIMS-MFMS复合技术制备 nc-TiC/a-C:H 纳米复合涂层的研究，该 涂层具有高硬度、高耐磨性以及优异的耐硫酸腐 蚀性能，成为恶劣环境应用中很有前景的防护涂层。

将 HiPIMS 技术与其他 PVD 技术复合，能够提 高涂层的耐磨性及耐腐蚀性，提升加工精度与效率，显著提升工具和零部件的使用寿命，为其在极端环 境下的应用提供前提条件，在高端制造方面应用潜 力巨大。

3.2　在功能涂层与器件领域的应用

HiPIMS 复合技术在光伏器件及与半导体相关 涂层的制备中展现出显著优势。Lin 等[104] 采用HiPIMS/DCMS 复合技术在硬质合金上沉积了 HfBx涂层，该涂层具有高达 49.3 GPa±3.6 GPa 的超高硬 度和 667.0 GPa±9.2 GPa 的杨氏模量，可用于航空 航天、热光伏器件和互补金属氧化物半导体。扩 散屏障是集成电路中至关重要的组成部分，屏障失 效会导致扩散形成铜硅化物，严重影响器件性能和 寿命。 Mühlbacher 等[105] 通过 DCMS/HiPIMS 复合技 术在无加热条件下制备了 Ti0.84Ta0.16N 阻挡层，900 ℃退火后，Ti0.84Ta0.16N 涂层中仅有轻微的 Cu 扩散现象，满足半导体行业日益严苛的温度要求。WN 涂层因其硬度高、热稳定性好、电阻率低等优势，在半 导体行业中常用作扩散阻挡层、电容器和场效应 晶体管（FET）中的电极防护涂层，Lou 等[106] 使用HiPIMS/MF 复合系统制备的 WN0.12 涂层具有 0.33的低摩擦系数和 31.5 GPa 的高硬度。

在核反应堆领域，核燃料后处理时相关零部件 常处于浓硝酸强腐蚀状态下。Chabanon 等[107] 在304 L 奥氏体不锈钢上沉积的 Zr/ZrO₂ 涂层，在硝酸 介质中浸泡 9 天后，表面无明显变化，而无涂层样品 出现晶间腐蚀，表面出现了颗粒和裂纹。Ammendola 等[108] 通过 BP-HiPIMS 技术在 Cr-4 合金上沉积Cr 涂层，主要应用作核反应堆零部件，经 84 天的 高压釜暴露后，与无涂层的 Cr-4 合金相比，DCMSCr涂层样品增重减少了 61%，而 HiPIMS-Cr 和 BPHiPIMS-Cr涂层样品增重分别减少了 80% 和 90%。SiC 已成为轻水反应堆中用于核燃料包壳和管道 箱等核心部件材料， Mouche 等[109] 采 用 HIPIMS/ CAE 复合技术在 SiC 基体上制备 Cr 涂层，先用HiPIMS 沉积 Cr 层，再用 CAE 沉积 Cr 层，显著改 善了涂层结合力，减少了涂层的开裂和剥落。

汽车行业对涂层的热机械稳定性要求较高。 中国科学院力学所采用 HiPIMS/AIP 复合技术研制 了 TiCN、CrAlSiN、DLC 等系列三元、四元高硬高 温涂层，并应用于长春一汽的压铸模具、热锻模具，使模具的加工寿命提高 3~5 倍以上，尤其是含钇高 温涂层，实现了 800~1 200 ℃ 环境下涂层在热锻模 具上的工程应用。荷兰豪泽（Hauzer）公司研发的Flexicoat 1500 系统同时配备 HiPIMS、电弧和离子 渗氮等六种沉积技术，最大载重可达 3 000 kg。用 该系统的复合技术制备的涂层用在水龙头、淋浴 喷头等卫浴五金件上，能有效减少指纹残留，保持 五金件表面清洁亮丽，减少清洁维护的频率；用在 汽车发动机等零部件上，能减少热传导，有助于降 低发动机的工作温度，减少燃油消耗；用在大尺寸 成型模具上，能减少被加工材料在模具表面的黏附，简化清理过程，提高生产效率，减少模具在生产过 程中的磨损，延长模具寿命，降低更换成本。Carlos等[110] 使用 HiPIMS 和 DC 偏压技术优化 Nb/Cu 涂 层性能。研究发现，较高的直流电压可以改善入射 离子通量的方向性，增强吸附原子迁移率，消除涂 层沉积过程中的自阴影效应，制备出表面平滑致密 的涂层，他们认为该技术可应用于射频超导腔。

HiPIMS 复合技术在功能涂层与器件领域展现 出显著优势，能够有效提升材料表面平滑度和硬度、耐磨性、耐腐蚀性等，广泛应用于光伏器件及核反 应堆零部件用涂层等领域，在国防军工等跨学科领 域有较大应用潜力。

3.3　HiPIMS 复合技术展望

随着环境污染的不断加剧，环境净化涂层材料 的研发与应用已成为环保技术领域的重要研究方 向。光催化环境净化技术是一种利用光催化剂在 光照条件下分解或转化有害物质的技术，具有绿色、环保、高效节能等优势。Zinai 等[111] 使用 HiPIMS技术在 Si 基体上制备 TiO₂ 涂层，并研究了其光学性能，结果表明：与无涂层 Si 基体相比，涂覆 TiO₂涂层的 Si 基体在 300~1 200 nm 波长范围内反射率 显著下降；无涂层 Si 样品的紫外线阻挡比例约为40%，而涂覆 TiO₂ 防护层的 Si 样品紫外线阻挡比 例约 21%，从而在硅太阳能电池上达到良好的抗反 射和防紫外线效果。Abidi 等[112] 使用 HiPIMS 技术 在涤纶布上制备了CuxO/TiO₂ 光催化剂涂层，在日 光照射下，该涂层对高浓度的三氯甲烷和丁醛的降 解效率分别达到 90%和 85%，同时具有较高的抑 菌活性。在 80 A 溅射条件下制备的 CuxO/TiO₂ 光 催化涂层在 2 h 内实现了细菌的完全灭活，可应用 于在室内空气中净化纺织品。Ratova 等[113] 采用HiPIMS 技术将 W 元素掺杂在TiO₂ 涂层中，并通过 亚甲基蓝染料的降解率评估其光催化活性，结果表 明，尽管在紫外光照射下未观察到光催化活性的显 著提升，但在荧光灯和可见光条件下，该涂层表现 出对亚甲基蓝的很强的降解能力，为室内光催化应 用提供了有力支持。在医疗领域，HfO₂ 涂层常用 作高性能扩展栅场效应晶体管，用于检测阿尔茨 海默症等与帕金森相关的 pH 值和蛋白质，目前主 要采用 HiPIMS 技术制备该涂层，未来期望采用HiPIMS 复合技术优化 HfO₂ 生物传感器涂层的稳 定性和 pH 检测中的灵敏度，使该生物传感器应用 于检测其他蛋白质型生物标志物，并构建多传感器 阵列，用于早期筛查患者[114]。在过去的十年中，对 用于生物医学应用的涂层材料的需求有了巨大的 增长，例如骨科植入物、牙根、心血管支架、心脏 瓣膜和其他外科器械以及药物缓释涂层等。目前，HiPIMS 技术已被应用于制备多种生物医学涂层，包括 DLC、NbO、NiTi 和 TiOxNy 等[115-116]，在未来的 技术发展与更新迭代中，利用 HiPIMS 复合技术有 望制备高纯度高性能的涂层，在新能源和医疗等跨 学科领域应用中发挥作用。

随着技术的不断进步，未来 HiPIMS 复合技术 有望实现更加精细的脉宽控制。通过精确调节脉 冲持续时间，进一步优化等离子体的密度和能量分 布，从而提高涂层的沉积质量和一致性。另外，通 过不同电源的匹配复合系统提高电源的效率和稳 定性 ，从而使 HiPIMS 放电过程更稳定。

4、总结与展望

HiPIMS 技术作为材料表面改性领域的一项关 键性创新成果，促进了材料性能提升和新型功能材 料的研发，但其低的沉积速率限制了其发展应用。

为克服其局限性，研究者们采用波形叠加和同步偏 压等技术对其优化，通过与其他技术的复合和增加 辅助装置进行不断改进，均在一定程度上提高了沉 积速率，并改善了涂层性能。未来对于 HiPIMS 复 合技术的进一步研究，应聚焦于通过调控电源模式 及脉冲相关参数来提高 HiPIMS 复合技术的稳定 性，降低成本，解决离化率损失和工艺复杂等难题。 在保证高沉积速率条件下如何有效调控真空室内 等离子体，仍是该技术工业化推广应用的研究热点。 另外，未来发展的方向还包括其在特定领域的跨学 科应用，以推动该技术向更高水平发展。

参考文献：

[1]DAS S，BISWAS S K，KUNDU A，et al. Investigation of mechanical morphological structural and electrochemical properties of PVD TiAlN coating：A detail experimental and its correlation with an analytical approach using the least square method[J]. Applied Surface Science Advances， 2024， 24：100638.

[2]BOBZIN K，KALSCHEUER C，MÖBIUS M P. Triboactive CrAlN+MoWS coatings deposited by pulsed arc PVD[J]. Surface and Coatings Technology，2023，475：130178.

[3]吴忠振，朱宗涛，巩春志，等. 高功率脉冲磁控溅射技术的 发展与研究 [J]. 真空，2009，46（3）：18−22.

[4]KOUZNETSOV V，MACÁK K，SCHNEIDER J M，et al. A novel pulsed magnetron sputter technique utilizing very high target power densities[J]. Surface and Coatings Technology，1999，122（2/3）：290−293.

[5]MACÁK K，KOUZNETSOV V，SCHNEIDER J，et al. Ionized sputter deposition using an extremely high plasma density pulsed magnetron discharge[J]. Journal of Vacuum Science and Technology，2000，18（4）：1533−1537.

[6]BOHLMARK J， GUDMUNDSSON J T， ALAMI J， et al. Spatial electron density distribution in a high-power pulsed magnetron discharge[J]. IEEE Transactions on Plasma Science，2005，33（2）：346−347.

[7]ANDERS A. Discharge physics of high power impulse magnetron sputtering[J]. Surface and Coatings Technology，2011，205：S1−S9.

[8]NAKANO T，MURATA C，BABA S. Effect of the target bias voltage during off-pulse period on the impulse magnetron sputtering[J]. Vacuum，2010，84（12）：1368−1371.

[9]KERAUDY J，VILOAN R P B，RAADU M A，et al. Bipolar HiPIMS for tailoring ion energies in thin film deposition[J]. Surface and Coatings Technology，2019，359：433−437.

[10]朱祥瑞，韩明月，冯蓬勃，等. 双极高功率脉冲磁控溅射技 术薄膜制备研究进展 [J]. 中国表面工程，2022，35（5）：10−22.

[11]吴厚朴，田钦文，田修波，等. 新型双极性高功率脉冲磁控 溅射电源及放电特性研究 [J]. 真空，2019，56（6）：1−6.

[12]ZHAO M J，WANG Y T，YAN J H，et al. Dielectric properties of hafnium oxide film prepared by HiPIMS at different O₂/Ar ratios and their influences on TFT performance[J]. Journal of Science：Advanced Materials and Devices，2024，9（2）：100722.

[13]王启民，张小波，张世宏，等. 高功率脉冲磁控溅射技术沉 积硬质涂层研究进展 [J]. 广东工业大学学报， 2013，30（4）：1−13.

[14]刘亮亮，周林，唐伟，等. 持续高功率磁控溅射技术高速 制备挠性覆铜板 Cu 膜 [J]. 真空与低温，2020， 26（5）：369−376.

[15]FERREC A，KERAUDY J，JACQ S，et al. Correlation between mass-spectrometer measurements and thin film characteristics using dcMS and HiPIMS discharges[J]. Surface and Coatings Technology，2014，250：52−56.

[16]BOBZIN K，BRÖGELMANN T，KRUPPE N C，et al. Influence of dcMS and HPPMS in a dcMS/HPPMS hybrid process on plasma and coating properties[J]. Thin Solid Films，2016，620：188−196.

[17]YING P Y，SUN H Y，ZHANG P，et al. Preparation and tribological properties of WS2 solid lubricating coating with dense structure using HiPIMS[J]. Journal of Materials Research and Technology，2024，32：530−540.

[18]WANG Z，LI W T，WANG Z Y，et al. Comparative study on protective Cr coatings on nuclear fuel cladding Zirlo substrates by AIP and HiPIMS techniques[J]. Ceramics International，2023，49（14）：22736−22744.

[19]RECK K A，BULUT Y， XU Z J， et al. Early-stage silver growth during sputter deposition on SiO₂ and polystyrene– comparison of biased DC magnetron sputtering，high-power impulse magnetron sputtering （HiPIMS） and bipolar HiPIMS [J]. Applied Surface Science，2024，666：160392.

[20]CHO M G，KANG U，LIM S H，et al. α-phase tantalum film deposition using bipolar high-power impulse magnetron sputtering technique[J]. Thin Solid Films，2023，767：139668.

[21]ALHAFIAN M R，CHEMIN J B，FLEMING Y，et al. Comparison on the structural，mechanical and tribological properties of TiAlN coatings deposited by HiPIMS and Cathodic Arc Evaporation[J].Surface and Coatings Technology，2021， 423：127529.

[22]KIRYUKHANTSEV-KORNEEV P V，CHERTOVA A D，CHUDARIN F I，et al. The structure and properties of highentropy （MoTaNbZrHf）-Si-B coatings deposited by DCMS and HIPIMS methods using the multilayer target[J]. Surface and Coatings Technology，2024，484：130797.

[23]LI Z C，ZHOU G X，WANG Z Y，et al. HiPIMS induced high-purity Ti3AlC2 MAX phase coating at low-temperature of 700 ℃[J]. Journal of the European Ceramic Society，2023，43（11）：4673−4683.

[24]KUBART T，FERNANDES D F，NYBERG T. On the description of metal ion return in reactive high power impulse magnetron sputtering[J]. Surface and Coatings Technology，2021，418：127234.

[25]ANDERS A. Deposition rates of high power impulse magnetron sputtering：Physics and economics[J]. Journal of Vacuum Science and Technology A，2010，28（4）：783−790.

[26]BAI X B， CAI Q， XIE W H， et al. Effect of ion control strategies on the deposition rate and properties of copper films in bipolar pulse high power impulse magnetron sputtering[J]. Journal of Materials Science，2023，58（3）：1243− 1259.

[27]KOZÁK T. Particle-based simulation of atom and ion transport in HiPIMS：Effect of the plasma potential distribution on the ionized flux fraction[J]. Plasma Sources Science and Technology，2023，32（3）：035007.

[28]KOZÁK T，LAZAR J. Gas rarefaction in high power impulse magnetron sputtering：Comparison of a particle simulation and volume-averaged models[J]. Plasma Sources Science and Technology，2018，27（11）：115012.

[29]TIRON V，VELICU I L，MIHĂILĂ I，et al. Deposition rate enhancement in HiPIMS through the control of magnetic field and pulse configuration[J]. Surface and Coatings Technology，2018，337：484−491.

[30]TILLMANN W，ONTRUP F，SCHNEIDER E，et al. Comparative investigation of the structure and mechanical properties of AlCrN and AlCrVYN thin films deposited by dcMS，HiPIMS， and hybrid dcMS/HiPIMS[J]. Hybrid Advances，2024，5：100120.

[31]PATIDAR J，SHARMA A，ZHUK S，et al. Improving the crystallinity and texture of oblique-angle-deposited AlN thin films using reactive synchronized HiPIMS[J]. Surface and Coatings Technology，2023，468：129719.

[32]CEMIN F， ABADIAS G， MINEA T， et al. Tuning high power impulse magnetron sputtering discharge and substratebias conditions to reduce the intrinsic stress of TiN thin films[J]. Thin Solid Films，2019，688：137335.

[33]YANG Y C，CHANG C T，HSIAO Y C，et al. Influence of high power impulse magnetron sputtering pulse parameters on the properties of aluminum nitride coatings[J]. Surface and Coatings Technology，2014，259：219−231.

[34] LI H，LI L H，WANG X T，et al. Effect of bias voltage on the erosion performance of TiAlSiN coatings on TC6 substrate by high power impulse magnetron sputtering[J]. Surface and Coatings Technology，2024，477：130263.

[35] DAS C R，RANGWALA M，GHOSH A. Characteristics of high-power impulse magnetron sputtering （HiPIMS） deposited nanocomposite-TiAlSiN coating under variable pulse frequencies[J]. Vacuum，2024，219：112747.

[36] WANG L，JIN J，ZHU C K，et al. Effects of HiPIMS pulselength on plasma discharge and on the properties of WC-DLC coatings[J]. Applied Surface Science，2019，487：526−538.

[37] TIRON V，VELICU I L，MATEI T，et al. Ultra-short pulse HiPIMS：A strategy to suppress arcing during reactive deposition of SiO₂ thin films with enhanced mechanical and optical properties[J]. Coatings，2020，10（7）：633.

[38] BRADLEY J W，MISHRA A， KELLY P J. The effect of changing the magnetic field strength on HiPIMS deposition rates[J]. Journal of Physics D： Applied Physics， 2015，48（21）：215202.

[39] GHAILANE A，LARHLIMI H，TAMRAOUI Y，et al. The effect of magnetic field configuration on structural and mechanical properties of TiN coatings deposited by HiPIMS and dcMS[J].Surface and Coatings Technology，2020，404：126572.

[40] TIRON V，VELICU I L，VASILOVICI O，et al. Optimization of deposition rate in HiPIMS by controlling the peak target current[J]. Journal of Physics D： Applied Physics，2015，48（49）：495204.

[41] VETTER J， SHIMIZU T， KURAPOV D， et al. Industrial application potential of high power impulse magnetron sputtering for wear and corrosion protection coatings[J].Journal of Applied Physics，2023，134：160701.

[42] SERRA R，FERREIRA F，CAVALEIRO A，et al. HiPIMS pulse shape influence on the deposition of diamond-like carbon films[J]. Surface and Coatings Technology，2022，432：128059.

[43] OSKIRKO V O，KOZHEVNIKOV V Y，RABOTKIN S V，et al. Ion current density on the substrate during short-pulse HiPIMS[J]. Plasma Sources Science and Technology，2023， 32（7）：075007.

[44]ANTONIN O，TIRON V，COSTIN C，et al. On the HiPIMS benefits of multi-pulse operating mode [J]. Journal of Physics D：Applied Physics，2014，48（1）：015202.

[45] LIN J，ZHANG X. Effects of racetrack magnetic field strength on structure and properties of amorphous carbon coatings deposited by HiPIMS using deep oscillation pulses[J]. Surface and Coatings Technology，2022，438：128417.

[46] ELIASSON H，RUDOLPH M，BRENNING N，et al. Modeling of high power impulse magnetron sputtering discharges with graphite target[J]. Plasma Sources Science and Technology，2021，30（11）：115017.

[47] LI L H，GU J B，XU Y，et al. Application of positive pulse to extract ions from HiPIMS ionization region[J]. Vacuum，2022，204：111383.

[48] SANTIAGO J A，FERNÁNDEZ-MARTÍNEZ I，KOZÁK T，et al. The influence of positive pulses on HiPIMS deposition of hard DLC coatings[J]. Surface and Coatings Technology，2019，358：43−49.

[49] OSKIRKO V O，ZAKHAROV A N，SEMENOV V A，et al. Short-pulse high-power dual magnetron sputtering[J]. Vacuum，2022，200：111026.

[50] HUO C Q，RAADU M A，LUNDIN D，et al. Gas rarefaction and the time evolution of long high-power impulse magnetron sputtering pulses[J]. Plasma Sources Science and Technology，2012，21（4）：045004.

[51] GRECZYNSKI G，ZHIRKOV I，PETROV I，et al. Gas rarefaction effects during high power pulsed magnetron sputtering of groups IVb and VIb transition metals in Ar[J]. Journal of Vacuum Science and Technology A， 2017， 35（6）：060601.

[52] GUI B H，HU H J，ZHOU H，et al. Influence of synchronized pulse bias on the microstructure and properties of CrSiN nano-composite ceramic films deposited by MIS-HiPIMS[J]. Ceramics International，2024，50（7）：31576−31588.

[53]李春伟，苗红涛，徐淑艳，等. 复合高功率脉冲磁控溅射技 术的研究进展[J]. 表面技术，2016，45（6）：82−90.

[54]葛敏，刘艳梅，李壮，等. N2 流量比对 AlCrMoSiN 涂层组 织结构和性能的影响 [J]. 装备环境工程，2023，20（3）：108−116.

[55] MUSIL J， KADLEC S， MÜNZ W D. Unbalanced magnetrons and new sputtering systems with enhanced plasma ionization[J]. Journal of Vacuum Science and Technology，1991，9（3）：1171−1177.

[56] STRANAK V，HUBICKA Z，CADA M，et al. Investigationof ionized metal flux in enhanced high power impulse magnetron sputtering discharges[J]. Journal of Applied Physics，2014，115：153301.

[57]KRÝSOVÁ H，CICHOŇ S，KAPRAN A，et al. Deposition of Fe₂O₃： Sn semiconducting thin films by reactive pulsed HiPIMS+ ECWR co-sputtering from Fe and Sn targets[J].Journal of Photochemistry and Photobiology A：Chemistry，2024，454：115676.

[58] HAIN C，BROWN D，WELSH A，et al. From pulsed-DCMS and HiPIMS to microwave plasma-assisted sputtering：Their influence on the properties of diamond-like carbon films[J]. Surface and Coatings Technology，2022，432：127928.

[59] LI C W，TIAN X B，GONG C Z，et al. Synergistic enhancement effect between external electric and magnetic fields during high power impulse magnetron sputtering discharge[J].Vacuum，2017，143：119−128.

[60] LI C W，TIAN X B，GONG C Z，et al. The improvement of high power impulse magnetron sputtering performance by an external unbalanced magnetic field[J]. Vacuum，2016，133：98−104.

[61] LI C W，TIAN X B，GONG C Z，et al. Electric and magnetic fields synergistically enhancing high power impulse magnetron sputtering deposition of vanadium coatings[J]. Vacuum，2017，144 ：125−134.

[62] TIAN X B，MA Y H，HU J，et al. Microstructure and mechanical properties of （AlTi）xN1-x films by magnetic-field-enhanced high power impulse magnetron sputtering[J]. Journal of Vacuum Science and Technology A，2017，35（2）：21402.

[63] HNILICA J， KLEIN P， UČÍK M， et al. On direct-current magnetron sputtering at industrial conditions with high ionization fraction of sputtered species[J]. Surface and Coatings Technology，2024，487：131028.

[64]王重阳，刘艳梅，阎兵，等. 调制周期对AlCrSiN/AlCrMoSiN多层膜微结构和性能的影响 [J]. 表面技术，2024，53（15）：57−67.

[65] HSU T W，GRECZYNSKI G，BOYD R，et al. Influence of Si content on phase stability and mechanical properties of TiAlSiN films grown by AlSi-HiPIMS/Ti-DCMS co-sputtering [J]. Surface and Coatings Technology， 2021， 427：127661.

[66] HSU T W，GRECZYNSKI G， BOYD R， et al. Dense and hard TiWC protective coatings grown with tungstenion irradiation using WC-HiPIMS/TiC-DCMS co-sputtering technique without external heating[J].Applied Surface Science，2023，618：156639.

[67] LIU Y S，AI X，HUANG J L，et al. The microstructure and mechanical properties of He charged Al films fabricated by HiPIMS/DCMS co-sputtering[J]. Vacuum， 2024， 219：112744.

[68] DIAS N F L，MEIJER A L，BIERMANN D，et al. Structure and mechanical properties of TiAlTaN thin films deposited by dcMS， HiPIMS， and hybrid dcMS/HiPIMS[J]. Surface and Coatings Technology，2024，487：130987.

[69] DING X Y，CUI M H，LIAN Y，et al. Control of the preferential orientation and properties of HiPIMS and DCMS deposited chromium coating based on bias voltage[J]. Vacuum，2024，227：113386.

[70] ZOITA N C，DINU M，KISS A E，et al. A comparative investigation of hetero-epitaxial TiC thin films deposited by magnetron sputtering using either hybrid DCMS/HiPIMS or reactive DCMS process[J]. Applied Surface Science，2021，537：147903.

[71] WU Z T，WANG Q M，PETROV I，et al. Cubic-structure Alrich TiAlSiN thin films grown by hybrid high-power impulse magnetron co-sputtering with synchronized Al+ irradiation[J]. Surface and Coatings Technology，2020，385：125364.

[72] TILLMANN W，GRISALES D，STANGIER D，et al. Influence of the etching processes on the adhesion of TiAlN coatings deposited by DCMS， HiPIMS and hybrid techniques on heat treated AISI H11[J]. Surface and Coatings Technology，2019，378：125075.

[73] TILLMANN W，GRISALES D，TOVAR C M，et al. Tribological behaviour of low carbon-containing TiAlCN coatings deposited by hybrid （DCMS/HiPIMS） technique[J]. Tribology International，2020，151：106528.

[74] WICHER B，PSHYK O V，LI X，et al. Superhard oxidationresistant Ti1-xAlxBy thin films grown by hybrid HiPIMS/ DCMS co-sputtering diboride targets without external substrate heating[J]. Materials and Design，2024，238：112727.

[75] GRECZYNSKI G，PATSCHEIDER J，LU J，et al.Control of Ti1−xSixN nanostructure via tunable metal-ion momentum transfer during HIPIMS/DCMS co-deposition[J]. Surface and Coatings Technology，2015，280：174−184.

[76] JHA S，SINGH V，KUMAR V，et al. Microstructure，wettability，cavitation and corrosion performance of aluminum（Al6061） coated with RF-sputtered AlN thin film[J]. Surface and Coatings Technology，2024，489：131168.

[77] DIYATMIKA W，CHENG C Y，LEE J W. Fabrication of Cr-Si-N coatings using a hybrid high-power impulse and radio-frequency magnetron co-sputtering：The role of Si incor-poration and duty cycle[J]. Surface and Coatings Technology，2020，403：126378.

[78]HOLTZER N，ANTONIN O，MINEA T， et al. Improving HiPIMS deposition rates by hybrid RF/HiPIMS co-sputtering，and its relevance for NbSi films[J]. Surface and Coatings Technology，2014，250：32−36.

[79]叶谱生，王启民，张腾飞，等. Ni掺杂对 TiB2 硬质涂层组 织结构和力学性能的影响 [J]. 材料保护，2023，56（12）：25−35.

[80] LOU B S，YANG Y C，QIU Y X，et al. Hybrid high power impulse and radio frequency magnetron sputtering system for TiCrSiN thin film depositions： Plasma characteristics and film properties[J]. Surface and Coatings Technology，2018，350：762−772.

[81]OSKIRKO V O，ZAKHAROV A N，PAVLOV A P，et al. Hybrid HIPIMS+MFMS power supply for dual magnetron sputtering systems[J]. Vacuum，2020，181：109670.

[82]MOIRANGTHEM I， CHEN S H， LOU B S， et al. Microstructural，mechanical and optical properties of tungsten oxide coatings fabricated using superimposed HiPIMS-MF systems [J]. Surface and Coatings Technology， 2022， 436：128314.

[83] CHUANG T H，WEN C K，CHEN S C，et al. P-type semitransparent conductive NiO films with high deposition rate produced by superimposed high power impulse magnetron sputtering [J]. Ceramics International，2020，46（17）：27695− 27701.

[84] LOU B S，ANNALAKSHMI M， SU Y W， et al. Fabrication of TiN coatings using superimposed HiPIMS and MF technique：Effect of target poisoning ratios and MF/HiPIMS pulse on-time ratio[J]. Surface and Coatings Technology，2024，478：130364.

[85] FERREIRA M P，MARTÍNEZ-MARTÍNEZ D，CHEMIN J B，et al. Tuning the characteristics of Al₂O₃ thin films using different pulse configurations：Mid-frequency，high-power impulse magnetron sputtering， and their combination[J]. Surface and Coatings Technology，2023，466：129648.

[86]KMENT S，KRYSOVA H，HUBICKA Z， et al. Very thin thermally stable TiO₂ blocking layers with enhanced electron transfer for solar cells[J]. Applied Materials Today，2017，9：122-129.

[87]CHANG C L，LO K C，YANG F C，et al. HiPIMS co-sputtering for the increase of the mechanical properties of arc deposited TiN coatings[J]. Journal of Materials Research and Technology，2023，26：2050−2059.

[88]CHANG C L，LUO G J，YANG F C，et al. Effects of duty cycle on microstructure of TiN coatings prepared using CAE/HiPIMS[J]. Vacuum，2021，192：110449.

[89]SINGH A， GHOSH S， ARAVINDAN S. Investigation of oxidation behaviour of AlCrN and AlTiN coatings deposited by arc enhanced HIPIMS technique[J]. Applied Surface Science，2020，508：144812.

[90]DING J C，ZHANG T F，WANG Q M， et al. Microstructure and mechanical properties of the Cr-Mo-Si-N nanocomposite coatings prepared by a hybrid

system of AIP and HiPIMS technologies[J]. Journal of Alloys and Compounds，2018，740：774−783.

[91]GENG D S，XU Y X，WANG Q M. Hybrid deposition of Cr-O/Al-O hard coatings combining cathodic arc evaporation and high power impulse magnetron sputtering[J]. Surface and Coatings Technology，2023，456：129235.

[92]王启民，彭滨，许雨翔. 面向切削刀具的物理气相沉积涂 层回顾与展望[J]. 广东工业大学学报，2023，40（6）：12−31.

[93]王铁钢，张姣姣，阎兵. 刀具涂层的研究进展及最新制备 技术 [J]. 真空科学与技术学报，2017，37（7）：727−738.

[94] GANESAN R，FERNANDEZ-MARTINEZ I，AKHAVAN B，et al. Pulse length selection in bipolar HiPIMS for high deposition rate of smooth，hard amorphous carbon films[J]. Surface and Coatings Technology，2023，454：129199.

[95] TILLMANN W， MEIJER A L， PLATT T， et al. Cutting performance of TiAlN-based thin films in micromilling highspeed steel AISI M3∶2[J]. Manufacturing Letters，2024，40：6−10.

[96] MOIRANGTHEM I，WANG C J，LOU B S，et al. Effects of titanium and boron alloying with non-equimolar AlCrNbSiTi high entropy alloy nitride coatings[J]. Surface and Coatings Technology，2024，482：130709.

[97] TANG Q L，WU Y C，LOU B S，et al. Mechanical property evaluation of ZrSiN films deposited by a hybrid superimposed high power impulse-medium frequency sputtering and RF sputtering system[J]. Surface and Coatings Technology，2019，376：59−67.

[98] LU C Y，DIYATMIKA W，LOU B S，et al. Superimposition of high power impulse and middle frequency magnetron sputtering for fabrication of CrTiBN multicomponent hard coatings [J]. Surface and Coatings Technology， 2018， 350：962−970.

[99]王浪平，孙田玮. 液态靶材磁控溅射技术研究进展 [J]. 真 空与低温，2024，30（5）：496−503.

[100] QIN X P，KE P L，WANG A Y，et al. Microstructure，mechanical and tribological behaviors of MoS2-Ti composite coatings deposited by a hybrid HIPIMS method[J]. Surface and Coatings Technology，2013，228：275−281.

[101]ZHANG Y P，WANG Z Y，ZHOU S H，et al. Synergistic effect of V and Ag diffusion favored the temperatureadaptive tribological behavior of VAlN/Ag multi-layer coating[J]. Tribology International，2024，192：109285.

[102]GUI B H，ZHOU H，ZHENG J，et al. Microstructure and properties of TiAlCrN ceramic coatings deposited by hybrid HiPIMS/DC magnetron co-sputtering[J]. Ceramics International，2021，47（6）：8175−8183.

[103] LOU B S，HSIAO Y T，CHANG L C，et al. The influence of different power supply modes on the microstructure，mechanical，and corrosion properties of nc-TiC/a-C：H nanocomposite coatings[J]. Surface and Coatings Technology，2021，422：127512.

[104]LIN H S，WANG C Y，LAI Z W，et al. Microstructure and mechanical properties of HfBx coatings deposited on cemented carbide substrates by HiPIMS and DCMS[J]. Surface and Coatings Technology，2023，452：129119.

[105] MÜHLBACHER M，GRECZYNSKI G，SARTORY B，et al. Enhanced Ti0.84Ta0.16N diffusion barriers ，grown by a hybrid sputtering technique with no substrate heating， between Si（001）wafers and Cu overlayers[J]. Scientific Reports，2018，8（1）：5360.

[106]LOU B S，MOIRANGTHEM I，LEE J W. Fabrication of tungsten nitride thin films by superimposed HiPIMS and MF system：Effects of nitrogen flow rate[J]. Surface and Coatings Technology，2020，393：125743.

[107]CHABANON A， SCHLEGEL M L， MICHAU A， et al. Anticorrosion performance of a Zr-based architectured substrate/coating system[J]. Corrosion Science，2023，220：111305.

[108]AMMENDOLA M，ARONSON B，FOURSPRING P，et al. Evaluation of chromium coatings deposited by standard and bipolar high-power impulse magnetron sputtering （HiPIMS & B-HiPIMS） for nuclear power applications[J]. Surface and Coatings Technology，2024，485：130835.

[109] MOUCHE P A，KOYANAGI T，PATEL D，et al. Adhesion，structure， and mechanical properties of Cr HiPIMS and cathodic arc deposited coatings on SiC[J]. Surface and Coatings Technology，2021，410：126939.

[110]CARLOS C P A，LEITH S，ROSAZ G，et al. Planar deposition of Nb thin films by HiPIMS for superconducting radio frequency applications[J]. Vacuum，2024， 227：113354.

[111]ZINAI N，BOUZIDI A，SAOULA N，et al. Tailoring the structural and optical properties of HiPIMS TiO₂ thin films for photovoltaic applications[J]. Optical Materials， 2022，131：112590.

[112] ABIDI M，ASSADI A A，BOUZAZA A，et al. Photocatalytic indoor/outdoor air treatment and bacterial inactivation on CuxO/TiO₂ prepared by HiPIMS on polyester cloth under low intensity visible light[J]. Applied Catalysis B：Environmental，2019，259：118074.

[113] RATOVA M，WEST G T，KELLY P J. HiPIMS deposition of tungsten-doped titania coatings for photocatalytic applications[J]. Vacuum，2014，102：48−50.

[114] YANG C M，WEI C H，UGHI F，et al. High pH stability and detection of α-synuclein using an EGFET biosensor with an HfO₂ gate deposited by high-power pulsed magnetron sputtering[J]. Sensors and Actuators B：Chemical，2024，416：136006.

[115] SHAH R，PAI N，KHANDEKAR R，et al. DLC coatings in biomedical applications-review on current advantages，existing challenges， and future directions[J]. Surface and Coatings Technology，2024，487：131006.

[116] GARG R，GONUGUNTLA S，SK S，et al. Sputtering thin films：Materials，applications，challenges and future directions[J]. Advances in Colloid and Interface Science，2024，330：103203.