等离子体技术【十二】--直流DC电源及其在等离子应用中的问题

摘自《真空镀膜技术》--张以忱

一、直流放电的特性

 

 

1、暗光放电（A点-B点）：开始给阴极施加负电压-->放电电流密度较小，仅为10^-16到10^-14(A/cm2)

2、Townsend放电区（C点-D点）：电压继续增大，进入汤森放电区。

特点：电压受电源输出阻抗限制（DC电源的输出阻抗很高）而稳定，电流密度则可在一定范围内变化。

原因：电场给二次电子提供足够能量，通过离化气体原子(分子)再生繁衍荷电粒子，因此BD段也称为繁流放电区。

 

3、D点-E点：正离子轰击阴极，释放出的二次电子与中性原子(分子)碰撞，产生更多的正离子，导致平衡的破坏，因此电压迅速下降，同时电流密度自动增大，产生可见放电辉光。D点也被称为放电破裂或着火。

 

4、正常辉光放电（E点-F点）：二次电子离化气体形成正离子的过程和正离子轰击靶面产生二次电子的反馈过程达到平衡，此区域被称为正常辉光放电区。

过程：开始进入正常放电区-->正离子对阴极的轰击(主要集中在阴极的边缘和不规则表面)-->继续增大功率(正离子的轰击逐渐变得均匀)同时电压维持不变。

特点：极间电压不随电流变化。

 

5、异常辉光放电（F点-G点）：正离子达到均匀轰击阴极后-->进一步增大电流密度-->则放电进入异常辉光放电区

原因：因为此时不能依靠正离子轰击表面的扩大来维持放电-->电源需要提供更高的能量场-->在该区域，电压随电流密度增大而升高。

备注：溅射和几乎所有的辉光放电工艺实际上都工作在异常辉光放电区。

其主要原因在于该区可提供适当的功率密度和正离子轰击覆盖整个阴极表面。

正常放电区和异常放电区都伴随着光子发射，可观察到辉光，因此又称之为辉光放电。

 

6、弧光放电区（G点-H点）：当电流密度继续增大，将产生低电压、大电流的弧光放电、电弧离子镀膜就是利用了这一现象。

 

二、辉光放电与弧光放电的区别

辉光放电（Glow，=点火？）：在低压气体两端加高压或高频电场产生的。颜色与填充的气体有关系，霓虹灯荧光灯均属于辉光放电。

辉光放电的特征是电流强度较小（约几毫安），温度不高，故电管内有特殊的亮区和暗区，呈现瑰丽的发光现象。

 

弧光放电（Arc，=打火）：产生高温的气体放电现象，它能发射出弧状、耀眼的白光。足够大的电流（几安到几十安），使气体击穿，发出强烈光辉，产生高温（几千到上万度）。通常是在常压下发生，并不需要很高的电压，而有很强的电流。