非平衡磁控溅射等离子体频谱特征

利用朗缪尔探针和快速傅里叶变换研究了非平衡磁控溅射等离子体静电波动的驻波共振频谱特征。频带宽度为0~300kHz,典型放电条件下磁控靶前2cm和10cm两个位置的共振本征频率变化范围分别为10~50kHz和1~10kHz,研究了线圈电流、气压和放电功率等参数对共振本征频率的影响;指出了非平衡磁控溅射中能够导致等离子体静电驻波共振的两种势阱结构,提出驻波共振机制解释特征频率出现的原因,根据声驻波共振机制计算的电子温度数值符合实验的结果。     

非平衡磁控溅射双势阱静电波动及其共振耦合

非平衡磁控靶表面电场和磁场相互正交构成磁阱结构,磁控靶和与之平行的偏压基片之间形成了另一种势阱结构,等离子体静电波动在这两种势阱结构中形成耦合共振.采用Langmuir探针研究等离子体中参数和浮置电位信号的功率谱密度.典型放电条件下两种势阱结构中的本征频率分别约为30—50 kHz和10—20 kHz,两种势阱条件下根据声驻波共振模式计算的电子温度数值与实验结果相符合.     

非平衡磁控溅射系统离子束流磁镜效应模型

为了研究非平衡磁控溅射沉积系统的等离子体特性，采用常规磁控溅射靶和同轴约束磁场构成非平衡磁控溅射沉积系统.在放电空间不同的轴向位置，Ar放电，02Pa和150V偏压条件下，采用圆形平面离子收集电极，测量不同约束磁场条件下的饱和离子束流密度.研究结果表明，在同轴磁场作用下，收集电极的离子束流密度能达到饱和值9mA/cm2左右，有利于在沉积薄膜的过程中产生离子轰击效应.根据磁流体理论分析了同轴约束磁场形成的磁镜效应和对放电过程的影响机理.实验与模型计算结果的比较表明，模型从理论上表达了同轴磁场约束对非平衡磁控溅射等离子体特性的影响规律. 关键词： 等离子体 金属薄膜/非磁性 磁控溅射 磁镜     

同轴磁场对非平衡磁控溅射系统放电特性的影响

采用激励电流可以调整的电磁线圈来激发非平衡磁场,调整约束磁场和放电空间等离子体状态。实验结果表明调整非平衡磁场显著影响系统的放电特性,使放电特性偏离常规的磁控溅射系统放电特性,增强了等离子体的引出效果。在Ar放电的条件下,详细研究了溅射系统的工作伏安特性随不同的工作气体、气压和溅射功率的变化规律。根据蔡尔得公式,讨论了非平衡磁场对于磁控溅射系统中放电特性的影响规律。     

电子回旋共振离子推力器放电室等离子体数值模拟

电子回旋共振离子推力器属于静电型推力器,具有寿命长、比冲高、结构简单、可靠性高等优点,适用于深空探测等长时间空间飞行任务.放电室是一个关键部件,其内部通过电子回旋共振产生等离子体.针对放电室内等离子体流场建立飘移-扩散近似模型,采用迎风格式有限差分法对该模型进行数值求解,得到了放电室内不同时刻的等离子体流场分布及其演化规律.数值模拟结果可以为推力器的设计和实验研究提供有用信息.     

横流CWCO2激光器电子密度的研究

用Langmuir静电探针测量5kW横流CO_2激光器放电等离子体,根据P.R.Smy流动等离子体厚鞘理论进行分析,表明在工作气压力为42Torr、放电电流为10～20A的情况下,电子密度约为(1.7～3.1)x10~(11)cm~(-3)的范围内,并沿流向成非均匀分布,其极大值出现在距阳极板上游边沿3cm处.电子的连续性方程给实验结果以解释,理论与实验较好地符合.     

高功率脉冲非平衡磁控溅射放电特性和参数研究

用线圈电流控制非平衡磁场,用汤森放电击穿形成深度自触发放电,用磁阱捕获放电形成的二次电子和导致漂移电流,形成了高功率非平衡磁控溅射放电。采用偏压为-100V相对磁控靶放置的圆形平面电极收集饱和离子电流;在距离磁控靶14cm的位置由Langmuir探针测量浮置电位;示波器测量磁控靶的脉冲电压、电流、浮置电位和饱和离子电流信号。装置的放电脉冲功率达到0.9MW,脉冲频率最大值为40Hz左右,空间电荷限制条件是控制电子电流和离子电流的主要机制。     

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用线圈电流控制非平衡磁场,用汤森放电击穿形成深度自触发放电,用磁阱捕获放电形成的二次电子和导致漂移电流,形成了高功率非平衡磁控溅射放电。采用偏压为-100V相对磁控靶放置的圆形平面电极收集饱和离子电流;在距离磁控靶14cm的位置由Langmuir探针测量浮置电位;示波器测量磁控靶的脉冲电压、电流、浮置电位和饱和离子电流信号。装置的放电脉冲功率达到0.9MW,脉冲频率最大值为40Hz左右,空间电荷限制条件是控制电子电流和离子电流的主要机制。     

非平衡磁控溅射沉积系统伏安特性模型研究

非平衡磁控溅射沉积系统的伏安特性对阴极溅射和薄膜沉积过程具有重要的影响.通过分析在常规磁控溅射沉积系统中非平衡磁场对于放电过程的影响，根据蔡尔得定律研究了非平衡磁场对磁控溅射沉积系统伏安特性影响的基本规律；根据模型和实验数据的对比证明模型正确表达了非平衡磁控溅射沉积系统中非平衡磁场对伏安特性影响的规律. 关键词： 等离子体 金属薄膜/非磁性 磁控溅射     

电磁捕集器的设计

本文叙述了一个静电堵漏会切型等离子体约束系统。基本设计参数为:电极所在之处磁场达10kG;堵漏电压为10kV;等离子体密度～10~(12)cm。;离子温度>O.5keV;约束时问>5ms。 该装置可用作为等离子体积累与加热、电势屏蔽、静电堵漏轴对称串级镜端塞的研究。     

Magnetron source of accelerated plasma flow

A new source of an accelerated plasma flow intended for depositing high-quality coatings is described. In this source, a magnetron discharge for cathode target sputtering is combined with a high-voltage discharge with longitudinal oscillation of electrons for ionization of the accrued vapor in which the plasma density is distributed uniformly owing to the application of three-phase ionizer.     

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用射频等离子体增强非平衡磁控溅射在Si100基底上沉积了金属Cu膜。研究了偏压,射频功率和磁场等沉积参数对膜性能的影响。用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)和电子能谱(EM)检测了膜的表面形貌,结构和成分。结果表明,射频放电有利于表面均匀光滑、电导率高的Cu沉积膜的形成;沉积参数对沉积膜的性能有重要的影响。     

双极性脉冲磁控溅射电源设计

双极性脉冲电源是磁控溅射系统中的关键设备之一。根据铌溅射处理装置的技术要求,研制了一套输出电压0~800 V可调、脉冲宽度20~200 μs可调、频率0~60 Hz可调、脉冲电流最大幅值约150 A的双极性脉冲电源,分别给出了该电源在水电阻负载和等离子体负载下的实验结果。设计上采用DSP控制开关电源的方式对储能电容器进行恒流充电;综合应用FPGA,PLC及触摸屏组成人机交互系统,控制输出光脉冲信号,经负压偏置驱动后使桥式结构的脉冲形成网络产生正负交替双极性脉冲。通过大量实验论证,该电源解决了等离子体负载放电打弧等问题,达到了理想的溅射效果,满足了指标要求。     

Contribution to the application of the langmuir probe technique for plasma monitoring in the Ar and n-hexane mixture plasma during the polymerisation process

In the present paper the Langmuir probe technique was applied for plasma monitoring in the Ar and n-hexane mixture plasma during the polymerisation process. The experiments were performed in a stainless steel DC magnetron reactor with a planar magnetron cathode. Within the investigated range of the gas pressure, no time-stable condition of the discharge was found. The regular oscillations, of a frequency of approximately 32 kHz, were observed in the Ar and 20% n-hexane mixture at the total pressure of 10 Pa and the discharge current of 8 mA. The experimentally obtained probe characteristics were used to determine the density and the average energy of electrons. In the DC magnetron stainless steel reactor the electron average energy in the Ar and n-hexane mixture plasma was about one order of magnitude smaller than in the case in which the working gas inside the reactor was the pure Ar. The probe measurements in the magnetron reactor were supplemented by the experiment in the customary glass discharge tube with a hollow cathode. In the glass discharge tube and in the Ar and 10% n-hexane mixture plasma a region of plasma parameters was found, in which the plasma was stable and no instabilities were observed. At such conditions the experiments in the glass discharge tube were used for the study of the efficiency of the probe surface cleaning methods used. This report was financially supported by grant 202/97/1011, 202/98/0116 and 202/98/0666 of the Grant Agency of Czech Republic, by the grant 75/98 of the Grant Agency of Charles University and by project COST 516. This work has been done within the framework of Association for Education, Research and Application in Plasma Chemistry.