作者：深圳市英能電氣有限公司
時間：2022-11-17
磁控濺射使電子和氣體分子碰撞產(chǎn)生電離的條件，一個是要有高壓電極，要有正極和負極，正極是吸引電子，負極是吸引離子，而且還要有一定的真空度，使得電子和氣體分子產(chǎn)生碰撞，真空度太高了，電子就碰不到氣體分子，就得不到氣體離子，所以要有適當?shù)碾姌O之間所加的電壓還有適當?shù)恼婵斩龋油▋杉壷g電源以后電子在加速成為高能電子，高能電子在向陽極運動的過程中與氣體分子碰撞，才能使氣體分子電離，氣體電離的過程發(fā)展速度是很快的，叫繁流過程也叫雪崩放電過程，使兩級之間的電流迅速增加，而且同時產(chǎn)生輝光放電。
這是一個繁流過程的示意圖，大家看左邊是陰極，右邊是陽極，離子都向陰極運動，電子都向陽極運動，最左邊的這個離子加速轟擊到達陰極以后，要從陰極激發(fā)出二次電子，初始的電子在向陽極的運動中得到了能量，他和中性的原子碰撞以后就使中性原子電離，本身變成正離子，另外出現(xiàn)兩個電子，這兩個電子在向陽極運動的過程中又被加速具有足夠能量，又使兩個中性原子電離，得到兩個離子和4個電子，這4個電子在向陽極運動中又和中性原子碰撞，得到4個離子和8個電子，這種急速式的繁流過程，電子數(shù)量很快的就增加。
我們可以測得陰陽極之間的電流增加的情況，如上圖所示這條曲線就是氣體放電的伏安特性曲線，也就是兩級間的電壓電流的變化情況曲線，眾坐標代表的是兩級之間加的電壓，橫坐標代表的是測速的電流，單位是安培，這是一個比較小的測試儀器，所以最大電流也就是10安培，來分析幾條主要的曲線，首先看AB這條曲線就是雪崩放電過程的曲線，隨著電壓的增加電流迅速增加，BC這段是電流穩(wěn)定發(fā)展的過程，從C點到E點是個陡降的過程，E點到F點，他的電壓是不變的，但是放電電流在增加，這個時候是因為從E點開始在陰極的局部產(chǎn)生輝光光點，隨著外界能量的提高，輝光點沿著陰極表面逐漸發(fā)展到F點，輝光布滿了整個陰極，EF段是電壓不變，電流隨著陰極放電面積的增加而增加，叫正常輝光放電的階段。從F點到G點是外界能量的提高，使兩級間的電流隨著電壓的升高而增大，這段曲線叫做異常輝光放電的階段。到了G點以后，陰極的局部就產(chǎn)生了很高的電流密度，就產(chǎn)生熱電子發(fā)射的過程，電壓一下子降到了幾十伏，電流突然增大，由十安培一直增加到一百安培二百安培，G點到H點的過程是個陡降的過程，是一個由輝光放電向弧光放電轉(zhuǎn)變的過程，到了F點以后，放電就從幾百伏變成幾十伏，電流由幾安培加到幾十安培，一百安培以上，進入了弧光放電階段，所以這條曲線大家要理解的是一開始電流增加的很快，是繁流過程，到達了C點，要產(chǎn)生一個壓降，從EF這段看是正常輝光放電，FG是異常輝光放電，從G點陡降到H點是一個輝光放電向弧光放電的陡降過程，由幾百伏特幾安培的放電過渡到幾十伏特上百安培的放電過程，是一個弧光放電的過程。
前面說了氣體放電要有個兩級之間加的電壓，還要有個合適的真空度，就是氣體的氣壓，但是科學家發(fā)現(xiàn)氣體點燃的條件除了電壓和真空度有關(guān)之外，還和陰陽極之間的距離有關(guān)，以上是他測定的幾條曲線，曲線上的數(shù)字前面代表的是氣體，測試中的氣體，后面代表的是陰極材料，所選用的陰極材料基本都是鐵陰極，只是在鐵的零件上做實驗，充入的是空氣/氬氣/氖氣/氦氣等等，首先來看陰極是鐵材料，充入的氬氣的情況是下面第二條曲線，整個圖的物理意義是眾坐標代表的是點燃電壓，橫坐標代表的是一個乘積的數(shù)據(jù)，P是氣壓乘以D（陰陽極之間的距離），單位是1.33Pa*cm.大家看氬氣這條曲線，他的氣體放電點燃的氣壓是在1整個數(shù)據(jù)這，也就是1.33Pa*cm等于橫坐標1這個值，在這個條件下氣體的點燃電壓從眾坐標來看也就是400多伏特，小于這個值，放電電壓點燃電壓也要提高，大于這個值，點燃電壓也要提高，所以一般在實際生產(chǎn)中對于一個新的工藝是逐漸摸索出點燃電壓和真空鍍的關(guān)系，當工藝成熟了以后就是所以確定真空度，然后接通放電的電源，馬上就會產(chǎn)生輝光放電?，F(xiàn)在沒有起輝，把真空度調(diào)好，當合上電源以后馬上就產(chǎn)生輝光放電，把電源關(guān)上以后這個輝光馬上就停止了，所以實際生產(chǎn)中主要控制起輝電壓和工作真空度，把這兩個條件摸索好了操作是很方便的。
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