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(shù)，有著其它鍍膜形式不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：如高的離化率，高的沉積速率和良好的膜基結(jié)合強(qiáng)度等，利用這種技術(shù)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(yīng)用。電弧鍍等離子體的性質(zhì)對(duì)薄膜沉積質(zhì)量具有決定性影響，測(cè)試其參數(shù)是必要的基礎(chǔ)研究工作。但目前具體的數(shù)據(jù)卻少有報(bào)導(dǎo)。造成這種情況的一個(gè)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(shí)遇到了高

2、電子電流密度、強(qiáng)擾動(dòng)、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(duì)電弧離子鍍等離子體進(jìn)行了診斷研究。雙探針具有收集電流小的優(yōu)點(diǎn)(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?；谔摂M儀器的設(shè)計(jì)能夠根據(jù)等離子體擾動(dòng)的頻率，靈活設(shè)定數(shù)據(jù)采樣率并進(jìn)行大數(shù)量的采樣平均，結(jié)合離散傅立葉變換(DFT)對(duì)測(cè)量曲線進(jìn)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(qiáng)烈波動(dòng)。探針端部設(shè)計(jì)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(shí)間穩(wěn)定工作，滿足了實(shí)用化的要求。診斷實(shí)驗(yàn)在使用實(shí)際的電弧離子鍍工藝參數(shù)放電的條件下進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(duì)于材料涂層工藝研究