笼网型空心阴极氩气放电特性研究

来源:澳门巴黎人官网网(www.chvacuum.com)哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室 作者:吴明忠

  采用高功率脉冲电源,研究了氩气气氛下工作气压、脉冲电压和频率等参数对笼网型空心阴极放电特性的影响,并对等离子体发射光谱进行了分析。结果发现: 在脉冲电压增加到一定程度,脉冲电流随时间呈指数型(n > 1) 激增。提高工作气压、脉冲频率及脉冲电压,笼型空心阴极放电增强。脉冲峰值电流随气压和脉冲电压的升高而增大,但随频率增大呈现降低趋势。光谱分析表明,氩气笼型空心阴极放电主要物种是Ar* 和Ar + 粒子,随脉冲电压、工作气压及频率的增大,Ar* 和Ar + 粒子数量增多。

  类金刚石(DLC,Diamond Like Carbon) 是一种广受重视的多功能薄膜,迄今为止人们已经开发了多种DLC 膜的制备技术,如离子束沉积(IB) 、溅射(SP) 、阴极弧(CA) 、脉冲激光沉积(PLD) 、等离子增强化学气相沉积(PECVD) 等。Catherine等在中频低气压等离子化学气相沉积DLC 膜(50kHz,CH4或C6H6,1 ~60 Pa) 增长机理的研究中发现,工件电流密度是更重要的参数,而不是工件偏压。为提高DLC 膜的沉积速率和膜层质量,美国西南研究院( SwRI) 在等离子体浸没离子注入( PIII,Plasma Immersion Ion Implantation) 的基础上,将工件放入笼内,在镀膜过程中笼内产生空心阴极效应,大大增加了等离子体密度和强度,开发出笼网等离子体浸没离子沉积( meshed plasma immersion ion deposition,MPIID)技术。利用笼型空心阴极结构进行辉光放电,不仅可显著提高工件电流密度,而且提高复杂形状工件DLC 薄膜沉积的均匀性。

  在PECVD制备DLC工艺中,氩气是一种常用的气体,可以实现工件的溅射清洗,或作为碳氢气体的稀释剂,增强碳氢前驱体解离和离化,增大涂层的离子流轰击及减少涂层中的氢含量,从而影响DLC薄膜沉积速率及性能。然而关于氩气笼网型空心阴极放电特性的研究还未见报道,基于上述原因,本文采用高功率脉冲电源考察了氩气气氛下,工作气压及放电参数如脉冲电压和放电频率对笼型空心阴极放电电流的影响;同时利用等离子体光谱诊断技术,研究了氩气空心阴极放电过程上述工艺参数变化与氩粒子谱线之间的关系,为DLC 镀膜工艺优化奠定基础。

  1、实验方法

  实验装置见图1,其中笼网型放电腔室采用201型不锈钢网编成,尺寸为Φ200 mm × 300 mm,网眼大小为1 mm × 1 mm。放电激励采用自行开发的高功率大电流脉冲电源( 注: 参数为5 kV/200A/1000Hz,该电源已经在多家单位运行) 。电源阳极接真空室( 即大地) ,阴极输出线通过绝缘端子进入真空室与笼型放电室相连。脉冲电压和电流波形从电源前端面板输出到示波器,工作气体为99.99% 的高纯Ar 气。

  笼型空心阴极辉光放电的等离子体光谱,利用AVANTES 公司生产的光谱仪进行测量。改变气压及放电参数( 电压和频率) ,获得不同强度的发射光谱图,最后采用Plasus Specline 软件对谱线进行标定和分析。

笼网空心阴极放电实验装置示意图

图1 笼网空心阴极放电实验装置示意图

  3、结论

  采用高功率脉冲电源,研究了氩气工作气压、脉冲电压和放电频率等工艺参数对笼网型空心阴极放电特性的影响,结果表明:随氩气工作气压增大,笼型空心阴极放电击穿电压降低;提高氩气气压、频率及脉冲电压,笼型空心阴极辉光增强,脉冲峰值电流随气压或脉冲电压的升高而增大,但随频率增大呈现降低趋势。氩气笼型空心阴极放电主要物种是Ar* 和Ar + 粒子。随电压、工作气压及频率的增大,激活态氩粒子数量增多。这些研究将为笼网空心阴极利用以及高质量DLC 薄膜沉积奠定基础。

  笼网型空心阴极氩气放电特性研究为澳门巴黎人官网网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  Vacuum-Electronics/076672.html

  与 真空电子技术 笼网空心阴极放电 相关的文章请阅读:

  真空电子技术Vacuum-Electronics/

博聚网