Décharge luminescente au plasma

Décharge luminescente avec plasma

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1. décharge luminescente

Le phénomène physique selon lequel le gaz est décomposé et conduit l'électricité sous l'action d'un champ électrique est généralement appelé décharge de gaz. La décharge de gaz a deux formes: "décharge luminescente" et "décharge à l'arc". La décharge luminescente est divisée en "décharge luminescente normale" et "décharge luminescente anormale", elles sont le lien de base de la génération de plasma dans le processus de revêtement par pulvérisation magnétron.

Une décharge luminescente (ou décharge luminescente anormale) peut être générée par le courant continu ou une impulsion de courant cible ciblé par décharge gazeuse, ou par un courant alternatif (impulsion bipolaire à onde rectangulaire si puissance, onde sinusoïdale si et RF), une puissance cible par décharge sous vide chambre.

Pendant la décharge de gaz, divers facteurs tels que le gaz de travail, la pression, la densité de courant, la distribution et la hauteur du champ électrique et l'intensité du champ magnétique, différents matériaux, formes et caractéristiques de position des électrodes affectent le processus et les propriétés de décharge, ainsi que les propriétés et couleurs de la lumière de rayonnement pendant la décharge.

(1) décharge luminescente DC

1) ajouter une tension continue entre l'anode et la cathode, le gaz de travail de la cavité dans les électrons résiduels et les ions sous l'action du champ électrique pour le mouvement directionnel, de sorte que le courant de zéro augmente;

2) lorsque la tension entre les pôles est suffisamment grande, tous les ions chargés peuvent atteindre leurs électrodes respectives, le courant atteint alors une certaine valeur maximale (c'est-à-dire la valeur de saturation);

3) continuer à augmenter la tension, entraînant une augmentation des ions chargés, le courant de décharge augmente en conséquence; Lorsque la tension de décharge entre les électrodes est supérieure à une certaine valeur critique (tension d'amorçage), le courant de décharge augmente rapidement et la tension entre l'anode et la cathode chute brusquement et maintient une valeur stable faible. Le gaz de travail est traversé, ionisé et génère un plasma et une décharge luminescente autonome, processus de base de la "décharge municipale", également appelée décharge luminescente normale de faible intensité.

4) la cathode de la cible de commande magnétique est connectée au pôle négatif de la source d 'alimentation cible, l' anode est connectée au pôle positif de la cible d 'alimentation, entrez dans la pulvérisation cathodique normale, doit être dans la courbe de décharge de gaz caractéristique caractéristique volt - ampère "décharge luminescente anormale section "opération. La caractéristique est que le courant de pulvérisation doit augmenter lentement et de manière synchrone avec l'augmentation de la tension de travail de la sortie cible du magnétron de l'alimentation.

(2) décharge luminescente DC pulsée

La décharge gazeuse d’une source unique d’impulsion ou d’une source d’alimentation moyenne fréquence demi-onde sinusoïdale doit être compatible avec la section de décharge luminescente anormale et la loi de changement de la section précédente de la courbe caractéristique volt-ampère de décharge de gaz continu. Cela peut être considéré comme la répétition du volt-ampère caractéristique d'une décharge gazeuse lors de la décharge d'une seule impulsion. L'alimentation cible en courant continu pulsé crache pendant la période d'impulsion et diminue naturellement dans l'intervalle entre impulsions (en raison de la fréquence élevée, il est difficile de la distinguer à l'œil nu).

Après la décharge par étincelle de la cible de pulvérisation, lorsque la fréquence de répétition de l'impulsion de sortie de l'alimentation est suffisamment élevée, car les ions conducteurs dans la cavité à vide n'ont pas été complètement neutralisés, la tension de réillumination de la seconde impulsion (répétée ultérieurement) est proche de ou identique à la tension de travail de la cible de pulvérisation. Lorsque la fréquence de répétition des impulsions de sortie de l'alimentation est très basse (par exemple, quelques centaines de HZ) ou que le temps d'arc est trop long (plus de 100 ms), la cible de pulvérisation cathodique après une décharge luminescente, en raison de l'ion conducteur dans le la chambre à vide est basique soit neutralisée, la seconde (après) répéter la tension d’impulsion de recalescence pour rétablir une valeur plus élevée, et l’allumage de fai lorsque la haute tension est proche de ou identique.

2. plasma

(1) la technologie de revêtement par pulvérisation au magnétron à plasma, est généralement formée par l'action d'un champ électrique par la décharge de gaz de travail. Les atomes qui composent la molécule gagnent suffisamment d'énergie cinétique pour commencer à se séparer, et les électrons externes de l'atome se détachent du noyau et deviennent des électrons libres, et les atomes qui perdent des électrons deviennent des ions positifs. Ce processus s'appelle l'ionisation. Le plasma est une sorte de gaz ionisé, qui regroupe des ions, des électrons et des atomes à haute énergie. Les ions positifs et les électrons apparaissent toujours par paires, le nombre total est à peu près égal, le tout est quasi neutre, il s'agit d'une sorte d'état ionisé composé de particules chargées, appelé le quatrième état de la matière - le plasma.

(2) sur la décharge de gaz formant une tension de plasma ou un champ électrique, ainsi que des ions conducteurs, des particules, des électrons et d'autres mouvements, le plasma circule dans le courant, c'est la conductivité du plasma

(3) dans le processus de dépôt de gaz, le gaz de travail et les atomes métalliques du matériau cible sont ionisés par des électrons de haute énergie en un plasma composé d'électrons, d'ions de gaz, d'ions métalliques et d'autres particules conductrices.

3. Composite de gaz et d'ions cibles

(1) l'électron produit par ionisation de gaz après plusieurs collisions, l'énergie a progressivement diminué, s'éloignant progressivement de la surface de la cible; Certaines d'entre elles tombent sur le mur de la chambre à vide (c'est-à-dire l'anode d'alimentation cible) avec une énergie très faible. L'autre partie est composée des ions positifs du gaz ou du métal qui migrent et traversent la région du plasma pour former des molécules neutres. La disparition de telles particules chargées s'appelle également "désionisation".

(2) l'ionisation du gaz de travail et l'ionisation du matériau cible; La recombinaison des ions positifs et des électrons avec les particules chargées positives et négatives rend le plasma dans la cavité sous vide dans le bilan dynamique d'ionisation, d'ionisation et de recombinaison (déionisation), qui se produit continuellement au-dessus.

4. Luminescence des atomes excités

(1) de nombreux atomes normaux de l'électron sont absorbés par la collision de l'énergie de l'électron incident, l'atome du niveau d'énergie faible au niveau d'énergie élevé devenant des atomes excités. Les atomes excités sont instables et émettront de l’énergie dans les 10-7 ~ 10-8s. Lorsqu'ils reviennent à l'état fondamental à basse énergie, ils émettent des photons et libèrent l'excès d'énergie sous forme de luminescence. Dans le processus de pulvérisation par magnétron sous vide, nous pouvons voir le phénomène de luminescence des atomes cibles et des atomes de gaz.

(2) après que les atomes cibles et les atomes de gaz gagnent de l'énergie, la pulvérisation sur la surface de la cible est achevée en même temps, la formation d'une lueur de décharge et d'une ouverture; La couleur et la profondeur de la lumière caractéristique émise par une décharge de gaz sont liées au type de gaz de travail et à l’atome cible, à la pression et au courant de décharge. La couleur et la profondeur de la décharge et de l'ouverture varient dans une certaine mesure en fonction du courant ou de la pression de gaz de travail. Tel que:

Décharge de gaz argon à la lumière bleue lavande;

Décharge d’azote à la couleur rose pâle;

Décharge d'hélium jaune à orange;

Néon décharge à rouge foncé à orange;

Décharge de gaz krypton en blanc ou gris, vert basse pression;

Décharge de xénon à bleu blanc ou bleu gris.

(3) caractéristiques de décharge gazeuse de la couleur de la lumière et du matériau cible de pulvérisation cathodique. Tel que:

Décharge d'ionisation de l'argon, les atomes de cuivre sont en train de crépiter, émettant des projecteurs verts;

Décharge d'ionisation d'argon, les atomes d'aluminium cibles sont projetés, émettant des projecteurs bleus et blancs;

Décharge d'ionisation de l'argon, les atomes de titane cibles sont projetés et émettent une lumière bleue;

Décharge d'ionisation d'argon, les atomes de nickel cibles sont projetés, pour émettre un projecteur rose pâle;

Décharge d'ionisation d'argon, les atomes de chrome cibles sont projetés, pour émettre un feu vert clair;

Décharge par ionisation d'argon, cible en titane par dépôt d'azote pour produire du nitrure de titane, éclair fuchsia;

Décharge par ionisation d’argon, cible de silicium par dépôt par réaction d’azote afin de générer du nitrure de silicium en lumière de couleur vive (pêche).

(4) dans le processus de test de procédé de revêtement par pulvérisation magnétron, cible de magnétron devant une certaine couleur du flash caractéristique, que l'existence des ions du matériau cible, la luminosité et l'intensité du flash caractéristiques peuvent refléter indirectement le nombre relatif des ions du matériau cible crachant. La différence de couleur entre la luminescence en décharge gazeuse avant la cible du magnétron est souvent considérée comme l’un des critères importants pour déterminer si un ion cible est pulvérisé ou non.