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  • Descarga de resplandor con plasma
    Dec 28, 2018

    Descarga luminiscente con plasma


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    1. Descarga de resplandor

     

    El fenómeno físico de que el gas se descompone y conduce la electricidad bajo la acción del campo eléctrico generalmente se denomina descarga de gas. La descarga de gas tiene dos formas de "descarga luminiscente" y "descarga de arco". La descarga luminiscente se divide en "descarga luminiscente normal" y "descarga luminiscente anormal", son el eslabón básico de la generación de plasma en el proceso de recubrimiento por pulverización magnetrón.

    La descarga luminiscente (o la descarga luminosa anormal) se puede generar por corriente directa o por impulso corriente directa de corriente directa a través de la descarga de gas, o por corriente alterna (pulso bipolar de onda rectangular si potencia, onda sinusoidal y RF) potencia por objetivo a través de descarga de gas en el vacío cámara.

     

    Durante la descarga de gas, diversos factores, como el gas de trabajo, la presión, la densidad de corriente, la distribución y la altura del campo eléctrico y la intensidad del campo magnético, los diferentes materiales, las formas y las características de posición de los electrodos afectarán el proceso y las propiedades de descarga, así como las propiedades y colores de luz de radiación durante la descarga.

     

    (1) descarga luminiscente DC

    1) agregue voltaje de cc entre el ánodo y el cátodo, la cavidad trabaja el gas en los electrones e iones residuales bajo la acción del campo eléctrico para el movimiento direccional, por lo que la corriente desde cero aumenta;

    2) cuando el voltaje entre los polos es lo suficientemente grande, todos los iones cargados pueden alcanzar sus electrodos respectivos, entonces la corriente alcanza un cierto valor máximo (es decir, el valor de saturación);

    3) continuar aumentando el voltaje, lo que resulta en el aumento de iones cargados, la corriente de descarga aumenta en consecuencia; Cuando la tensión de descarga entre los electrodos es mayor que un cierto valor crítico (tensión de inicio de ignición), la corriente de descarga aumentará repentinamente rápidamente, y la tensión entre el ánodo y el cátodo caerá bruscamente y mantendrá un valor estable bajo. El gas de trabajo se abre paso, se ioniza y genera plasma y descarga de brillo autosostenida, que es el proceso básico de "descarga de ciudadanía", también conocida como descarga de brillo normal de corriente pequeña.

    4) el cátodo del objetivo de control magnético está conectado al polo negativo de la fuente de alimentación objetivo, el ánodo está conectado al polo positivo de la fuente de alimentación objetivo, ingrese en el bombardeo normal, debe estar en la descarga de gas voltio - amperaje curva característica "descarga de brillo anormal sección "operación. La característica es que la corriente de sputtering debería aumentar lenta y sincrónicamente con el aumento de la tensión de trabajo de la salida del objetivo de magnetrón de la fuente de alimentación.

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    (2) Descarga de incandescencia de CC pulsada

    La descarga de gas de un solo pulso de pulso o una fuente de alimentación sinusoidal de media frecuencia de onda media debe ser coherente con la sección de descarga de incandescencia anormal y la ley de cambio de la sección anterior de la curva característica volt-amperio de descarga de gas de CC. Puede considerarse como la repetición de la característica de voltio-amperio de la descarga de gas en la descarga de un solo pulso. La fuente de alimentación del objetivo de dc pulsada fluctúa durante el período del pulso y se desgasifica de forma natural en el intervalo del pulso (debido a la alta frecuencia, es difícil distinguirlo a simple vista).

     

    Después de la descarga de chispas del objetivo de pulverización, cuando la frecuencia de repetición del pulso de salida de la fuente de alimentación es lo suficientemente alta, ya que los iones conductores en la cavidad de vacío no se han neutralizado completamente, la tensión de reiluminación del segundo pulso repetido (más adelante) es cercano o igual a la tensión de trabajo del objetivo de pulverización catódica. Cuando la frecuencia de repetición del pulso de salida de la fuente de alimentación es muy baja (por ejemplo, unos pocos cientos de HZ) o el tiempo de arco es demasiado largo (más de más de 100 ms), el objetivo de bombardeo después de la descarga incandescente, como resultado del ion conductor en el la cámara de vacío es neutralizada, la segunda (después) repite el voltaje del pulso de recalescencia para restablecer un valor más alto, y el encendido de fai cuando el alto voltaje está cerca o es el mismo.

     

    2. Plasma

     

    (1) el plasma en la tecnología de recubrimiento por pulverización magnetrónica al vacío, se forma generalmente por la acción del campo eléctrico a través de la descarga del gas de trabajo. Los átomos que forman la molécula ganan suficiente energía cinética para comenzar a separarse entre sí, y los electrones externos del átomo se liberan del núcleo y se convierten en electrones libres, y los átomos que pierden electrones se convierten en iones positivos. Este proceso se llama ionización. El plasma es un tipo de gas ionizado, que es una colección de iones, electrones y átomos de alta energía. Los iones positivos y los electrones aparecen siempre en pares, el número total es aproximadamente igual, el todo es casi neutro, es un tipo de estado ionizado compuesto de partículas cargadas, llamado el cuarto estado de la materia: el plasma.

    (2) en la descarga de gas que forma el voltaje del plasma o el campo eléctrico, junto con los iones conductores, partículas, electrones y otros movimientos, en el plasma fluirá la corriente, esta es la conductividad del plasma

    (3) en el proceso de deposición de gas, el gas de trabajo y los átomos metálicos del material objetivo son ionizados por electrones de alta energía en plasma compuesto de electrones, iones de gas, iones metálicos y otras partículas conductoras.

     

    3. Compuesto de gas e iones objetivo.

     

    (1) el electrón producido por la ionización del gas después de varias colisiones, la energía disminuyó gradualmente, alejándose gradualmente de la superficie objetivo; Algunos de ellos caen en la pared de la cámara de vacío (es decir, el ánodo de potencia objetivo) con muy poca energía. La otra parte está compuesta por los iones positivos del gas o metal que migran y pasan a través de la región del plasma para formar moléculas neutras. La desaparición de tales partículas cargadas también se llama "desionización".

    (2) la ionización del gas de trabajo y la ionización del material objetivo; La recombinación de iones positivos y electrones con partículas cargadas positivas y negativas hace que el plasma en la cavidad de vacío se encuentre en el equilibrio dinámico de ionización, ionización y recombinación (desionización), que ocurren continuamente arriba.

     

    4. Luminiscencia de átomos excitados.

     

    (1) muchos átomos normales en el electrón son absorbidos por la colisión de la energía electrónica incidente, el átomo desde el nivel de energía bajo al nivel de energía alto, se convierte en átomos excitados. Los átomos excitados son inestables y emitirán la energía dentro de 10-7 ~ 10-8s. Cuando regresan al estado fundamental de baja energía, emitirán fotones y liberarán el exceso de energía en forma de luminiscencia. En el proceso de pulverización con magnetrón de vacío, podemos ver el fenómeno de luminiscencia de los átomos objetivo y los átomos de gas.

    (2) después de que los átomos objetivo y los átomos de gas ganen energía, la pulverización en la superficie del objetivo se completa al mismo tiempo, la formación de brillo y apertura de descarga; El color y la profundidad de la luz característica emitida por la descarga de gas están relacionados con el tipo de gas de trabajo y el átomo objetivo, la presión y la corriente de descarga. El color y la profundidad del brillo y la apertura de la descarga varían en cierta medida según la corriente o la presión del gas de trabajo. Como:

    Descarga de gas argón a luz azul lavanda;

    Descarga de nitrógeno a color rosa claro;

    Descarga de helio a amarillo a naranja;

    Descarga de neón a rojo oscuro a naranja;

    Descarga de gas criptón a blanco o gris, verde de baja presión;

    Descarga de xenón a azul blanco o azul gris.

    (3) las características de descarga de gas del color de la luz y el material objetivo de pulverización catódica. Como:

    Descarga de ionización de argón, los átomos objetivo de cobre se emiten, emitiendo reflector verde;

    Descarga de ionización de argón, los átomos objetivo de aluminio se emiten por chisporroteo, emitiendo un reflector azul y blanco;

    Descarga de ionización de argón, los átomos objetivo de titanio se emiten, emitiendo luz azul de inundación;

    La descarga de ionización de argón, los átomos objetivo de níquel se dispersan, para emitir un reflector rosa amarillo claro;

    Descarga de ionización de argón, los átomos del blanco de cromo se emiten por chisporroteo para emitir un reflector de luz verde;

    Descarga de ionización de argón, diana de titanio mediante deposición por reacción de nitrógeno para producir nitruro de titanio, flash fucsia;

    Descarga de ionización de argón, objetivo de silicio a través de la deposición de la reacción de nitrógeno para generar nitruro de silicio a luz de color rosado (melocotón).

    (4) en el proceso de prueba de proceso de recubrimiento por pulverización catódica magnetrón, el magnetrón objetivo antes de un cierto color del destello característico, que la existencia de los iones del material objetivo, el brillo y la intensidad del destello característico puede reflejar indirectamente el número relativo de iones del material objetivo chisporroteando fuera La diferencia de color de la luminiscencia de descarga de gas antes del objetivo de magnetrón a menudo se toma como uno de los criterios importantes para determinar si un ión objetivo se pulveriza o no.