作者:深圳市英能電氣有限公司
時(shí)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(gè)是要有高壓電極,要有正極和負(fù)極,正極是吸引電子,負(fù)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(dāng)?shù)碾姌O之間所加的電壓還有適當(dāng)?shù)恼婵斩?,接通兩級之間電源以后電子在加速成為高能電子,高能電子在向陽極運(yùn)動(dòng)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(shí)產(chǎn)生輝光放電。
這是一個(gè)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(yùn)動(dòng),電子都向陽極運(yùn)動(dòng),最左邊的這個(gè)離子加速轟擊到達(dá)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(yùn)動(dòng)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(gè)電子,這兩個(gè)電子在向陽極運(yùn)動(dòng)的過程中又被加速具有足夠能量,又使兩個(gè)中性原子電離,得到兩個(gè)離子和4個(gè)電子,這4個(gè)電子在向陽極運(yùn)動(dòng)中又和中性原子碰撞,得到4個(gè)離子和8個(gè)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(biāo)代表的是兩級之間加的電壓,橫坐標(biāo)代表的是測速的電流,單位是安培,這是一個(gè)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(diǎn)到E點(diǎn)是個(gè)陡降的過程,E點(diǎn)到F點(diǎn),他的電壓是不變的,但是放電電流在增加,這個(gè)時(shí)候是因?yàn)閺?/font>E點(diǎn)開始在陰極的局部產(chǎn)生輝光光點(diǎn),隨著外界能量的提高,輝光點(diǎn)沿著陰極表面逐漸發(fā)展到F點(diǎn),輝光布滿了整個(gè)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(diǎn)到G點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)到H點(diǎn)的過程是個(gè)陡降的過程,是一個(gè)由輝光放電向弧光放電轉(zhuǎn)變的過程,到了F點(diǎn)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(jìn)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(dá)了C點(diǎn),要產(chǎn)生一個(gè)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(diǎn)陡降到H點(diǎn)是一個(gè)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(gè)弧光放電的過程。
前面說了氣體放電要有個(gè)兩級之間加的電壓,還要有個(gè)合適的真空度,就是氣體的氣壓,但是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氣體點(diǎn)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(shí)驗(yàn),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(gè)圖的物理意義是眾坐標(biāo)代表的是點(diǎn)燃電壓,橫坐標(biāo)代表的是一個(gè)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(diǎn)燃的氣壓是在1整個(gè)數(shù)據(jù)這,也就是1.33Pa*cm等于橫坐標(biāo)1這個(gè)值,在這個(gè)條件下氣體的點(diǎn)燃電壓從眾坐標(biāo)來看也就是400多伏特,小于這個(gè)值,放電電壓點(diǎn)燃電壓也要提高,大于這個(gè)值,點(diǎn)燃電壓也要提高,所以一般在實(shí)際生產(chǎn)中對于一個(gè)新的工藝是逐漸摸索出點(diǎn)燃電壓和真空鍍的關(guān)系,當(dāng)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(huì)產(chǎn)生輝光放電?,F(xiàn)在沒有起輝,把真空度調(diào)好,當(dāng)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(gè)輝光馬上就停止了,所以實(shí)際生產(chǎn)中主要控制起輝電壓和工作真空度,把這兩個(gè)條件摸索好了操作是很方便的。
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