利用朗繆爾雙探針診斷電弧離子鍍等離子體參數(shù).pdf

1、電弧離子鍍是一種優(yōu)良的薄膜沉積技術，有著其它鍍膜形式不可比擬的優(yōu)點：如高的離化率，高的沉積速率和良好的膜基結(jié)合強度等，利用這種技術制備的氮化物薄膜，如TiN，CrN等，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應用。電弧鍍等離子體的性質(zhì)對薄膜沉積質(zhì)量具有決定性影響，測試其參數(shù)是必要的基礎研究工作。但目前具體的數(shù)據(jù)卻少有報導。造成這種情況的一個主要原因是到目前為止缺乏診斷電弧離子鍍等離子體的有效手段。這是由于利用朗謬爾探針診斷電弧離子鍍等離子體時遇到了高

2、電子電流密度、強擾動、易污染等問題。 本文利用基于虛擬儀器的朗繆爾雙探針系統(tǒng)對電弧離子鍍等離子體進行了診斷研究。雙探針具有收集電流小的優(yōu)點(不超過離子飽和電流)，可以避免探針在高密度電弧離子鍍等離子體中收集電子電流而被燒壞。基于虛擬儀器的設計能夠根據(jù)等離子體擾動的頻率，靈活設定數(shù)據(jù)采樣率并進行大數(shù)量的采樣平均，結(jié)合離散傅立葉變換(DFT)對測量曲線進行平滑，有效地克服了電弧離子鍍等離子體放電所固有的強烈波動。探針端部設計能夠避免

3、由薄膜沉積造成的探針與支撐桿短路問題。上述措旌使探針能夠長時間穩(wěn)定工作，滿足了實用化的要求。診斷實驗在使用實際的電弧離子鍍工藝參數(shù)放電的條件下進行，結(jié)果表明，工件所在區(qū)域等離子體密度隨弧電流和氣壓的增加而增加，而電子溫度隨弧電流和氣壓變化不明顯。另外，使用雙靶放電等離子體密度和電子溫度高于單靶放電。實驗還發(fā)現(xiàn)，與單靶放電相比，使用雙靶放電工件所在區(qū)域的等離子體密度更加均勻。這些結(jié)果提供了電弧離子鍍等離子體的基本參數(shù)，對于材料涂層工藝研究