第十九讲 真空溅射镀膜

<正>(接2015年第6期第80页)(1)磁控溅射的放电特性磁控溅射放电均为低压等离子体放电,各种阴极靶的放电电流—电压特性基本一致。随着放电电流的增加,放电电压均需要增高;随着工作气压的增高,放电电压下降;磁场对放电特性有影响。磁控溅射的电流I和放电电压V的关系服     

精密电极结构实现小间隙大气压辉光放电离子源

分析了电极结构精密度对大气压辉光放电稳定性的影响,设计并加工了一套高装配精度的线-筒型离子源.内外电极直径分别为0.16mm和4mm.当电压达到-3.5kV时电晕放电开始发生,放电电流波形为典型的特里切尔脉冲;当电压升高至-4.5kV时放电电流变为直流,表明进入辉光状态.通过放电电流波形可以清晰地观察到从电晕放电到辉光放电的过渡过程,并分析了其物理过程.放电实验表明,该装置可以稳定地实现大气压辉光放电,放电电流与施加电压成正电阻特性,而电极之间的电压在放电电流增大的情况下保持不变.这些放电特性与典型的低气压辉光放电一致.放电电流可达毫安量级,电离度较高,可有效提高检测灵敏度.质谱实验表明该离子源可以很好地离子化甲酸、乙酸、苯酚、苯甲酸等化学物质.     

液氮温区固-液复合绝缘气体小桥对沿面放电的影响

采用IEC脉冲电流法(IEC60270标准)对液氮温区超导复合绝缘沿面放电现象及其影响因素进行了研究。在六面屏蔽的局部放电实验室内,研究了不同放电条件对放电起始电压、放电量、击穿电压等的影响,进而研究了其作用机理,并用有限元方法开展了相关计算。实验数据表明,不同放电条件明显影响放电重复率、平均放电量、最大放电量等,放电产生的气泡越容易逸出,放电越严重;液氮的流动使放电起始电压有一定的升高,但对最终击穿电压影响不大;在放电通道上施加阻挡之后可明显提高最终的闪络击穿电压。     

细长石英管内直流放电等离子体研究

利用朗缪尔双探针等离子体诊断方法,研究了细长石英管内的低气压直流放电行为,探讨了细长管空间内的放电条件对等离子体参数的影响规律。结果表明:通过提高放电功率和增加阴极数目可以有效的提高等离子体密度,且当放电气压为100 Pa时,电子密度最大,本装置所测最大密度为1.03×10~(17)m~(-3);电子温度则随着放电功率和放电气压的增大而不断减小;放电距离越远,对击穿电压要求越高,分段式放电可以在较低的放电电压下,对较远的电极距离实现直流放电。     

梳状电极结构对大气压表面放电的影响

研究了梳状电极结构对大气压表面放电的影响,发现频率固定时放电电流随着外加电压的增加而增加,而电压固定时在某个频率范围内放电电流有最大值;在相同的电压和频率下较宽的电极条宽可以产生较大的放电电流,而电极条间距对放电电流几乎没有影响;用整块金属板做接地电极相比于梳状接地电极可以产生较大的放电电流;另外,较厚的高压电极可以在介质板表面产生更明亮、厚度更大的放电等离子体.     

低温等离子体高效净化含PAM废水工艺研究

采用低温等离子体技术处理含聚丙烯酰胺(PAM)废水,研究了放电电压、放电时间、溶液pH对不同浓度PAM溶液化学需氧量(COD)降解率的影响规律,同时还研究了不放电条件下PAM溶液pH以及放电条件下放电时间对不同浓度PAM溶液黏度去除率的影响,考察了放电条件下pH对质量浓度1.0g/L PAM溶液黏度去除率的影响规律。通过正交试验确定影响PAM溶液COD降解率的主次顺序为:放电时间>放电电压>溶液浓度>溶液pH。在放电时间5h、放电电压40kV、PAM溶液质量浓度1.0g/L、pH=1.5时,COD降解率最佳,可达85.74%。     

HL-2A装置直流辉光自动调节控制系统北大核心CSCD

直流辉光放电清洗的主要作用是去除HL-2A装置内的低Z杂质C、O,以及放电期间所产生的残余气体和杂质。介绍了直流辉光放电自动调节控制系统。在辉光放电过程中,实现了真空室工作气体气压和放电电压的自动调节和信号采集。本文描述了系统的设计原理,控制方案和系统实现后的具体应用效果。直流辉光放电系统的性能得到了提高,放电电流稳定性得到了显著提高,放电电压的控制精度改善为1%FS,系统从启动到稳定运行状态的时间小于40 s,HL-2A装置的清洗效率也明显获得改善。     

HL-2A装置直流辉光自动调节控制系统

直流辉光放电清洗的主要作用是去除HL-2A装置内的低Z杂质C、O,以及放电期间所产生的残余气体和杂质。介绍了直流辉光放电自动调节控制系统。在辉光放电过程中,实现了真空室工作气体气压和放电电压的自动调节和信号采集。本文描述了系统的设计原理,控制方案和系统实现后的具体应用效果。直流辉光放电系统的性能得到了提高,放电电流稳定性得到了显著提高,放电电压的控制精度改善为1%FS,系统从启动到稳定运行状态的时间小于40 s,HL-2A装置的清洗效率也明显获得改善。     

介质阻挡放电技术去除柴油机NOx、HC和PM排放物

本文主要研究将介质阻挡放电技术应用于柴油机尾气的净化过程,以达到同时去除NOx、HC和PM的目的。实验分别引入峰值电压、放电频率和发动机负载等工况参数,深入探讨它们对相关污染物去除效率的影响。研究结果表明,在同等频率条件下,NOx、HC和PM的去除效率随着放电峰值电压的升高而上升,并且在较高电压下PM和HC的去除效率出现饱和,而NOx的去除效率呈现下降的趋势;在同等放电电压下,能流密度和去除效率的最高值出现在放电频率的谐振点处。实验同时考察了不同的发动机工况条件下放电电压对能量效率的影响,研究表明,电压升高导致了能流密度的显著下降。     

AC-PDP放电特性参量及其测量

根据气体放电特性和交流等离子体显示器的放电单元结构,提出了AC-PDP等效电路模型和表征该模型的3个特性参量:击穿电压、气体维持放电的最小电压和放电单元电容比.通过分析放电过程,推导出最大维持电压、最小维持电压和维持电压余裕度的表达式.利用外接串联电容,提出一种放电特性参量的测量方法,并对12英寸PDP实验屏进行实际测量,获得了放电特性参量的测量结果.本文所提放电特性参量及其测量方法对AC-PDP显示屏的放电单元设计具有参考作用.     

高电压阳极层霍尔离子源三维数值仿真与设计

对于阳极层霍尔离子源装置本身,宽能、大束流、低气耗及低污染等指标是新一代装置的研发方向。基于拓宽装置放电电压范围的考虑,针对装置现有结构,进行了三维数值仿真建模。在现有装置的结构设计基础上,对装置磁路及结构设计进行修改,从而实现了对装置工作性能的提高。改进后的阳极层霍尔离子源放电电压范围在原有基础上扩展了50%以上,放电电压上限可以达到3000 V。改进后的装置在高电压、低气压、小电流的放电条件下运行稳定,仿真结果对装置的实际加工制造具有一定参考意义。     

高磁场强度的矩形平面磁控溅射靶的设计

研究利用高磁场强度实现低电压磁控溅射的可能性;通过理论分析、实际设计和实验,分析了限制矩形平面磁控溅射靶表面水平磁场强度B的上限的几个因素;设计出了B为0.09T的矩形平面磁控溅射靶。结果表明:B的增加显著降低了磁控溅射镀膜工艺的着火电压和维持放电电压,为实现低电压磁控溅射提供了另一种思路。     

贫铀表面Ar气脉冲辉光放电清洗

贫铀极易氧化,为了提高其表面薄膜的结合性能,薄膜沉积前铀表面的辉光放电清洗是极为重要的。利用计算机模拟对Ar气脉冲辉光放电等离子体特性进行了研究,采用俄歇电子能谱仪(AES)对辉光放电清洗后铀表面化学元素进行了分析,同时对铀表面铝薄膜界面元素分布进行了深度剖析。结果表明:氩分压和脉冲电压是影响辉光放电等离子体特性的关键因素;脉冲电压和氩分压越高,辉光放电等离子体中Ar+密度越大;脉冲电压辉光放电清洗效果优于直流电压;在2.0Pa氩分压、-900V脉冲电压下,等离子体Ar+密度高达1.29×1014/m3,采用该参数对铀表面进行清洗可以获得洁净的表面,并有利于薄膜原子向铀基体内部迁移,促使膜基界面"伪扩散层"的增宽,从而增强铀表面薄膜的结合性能。     

放电间隙和显示电极宽度对彩色AC-PDP光电特性的影响

为了提高彩色AC PDP的性能 ,以放电间隙和显示电极宽度对表面放电型AC PDP光电特性的影响进行实验研究和理论分析。结果表明 ,表面放电型AC PDP显示电极间的放电不符合巴邢定律 ,即着火电压Uf 不是气体压强p和放电间隙g1乘积的函数 ,并且在Uf-pg1曲线上 ,随着g1增加 ,最小着火电压Ufmin上升 ,(pg1) min向增大的方向偏移 ,同时放电间隙增加还引起维持电压余度增大 ,亮度和光效提高 ;随着显示电极宽度增加 ,平均放电电流增大 ,亮度提高 ,而光效保持不变。根据这些实验结果 ,总结出放电间隙和显示电极宽度的设计方法。     

大气压双频氦气放电特性的数值模拟研究

采用1-D流体模型对大气压裸金属电极结构的双频驱动氦气放电特性进行了研究。模型中考虑了氦等离子体放电过程中的6种粒子和13个基本反应过程。研究了双频调制大气压氦气放电中高低频电压、高低频频率等不同匹配方式对等离子体参数的影响,并且通过对电子密度、电场强度、电流密度以及电子加热机制等分析了大气压氦气放电双频调控机制。研究表明:高频源电压及高频源频率对放电特性的影响要大于低频源电压和频率;电子密度、电子温度等随着高频源电压和频率的增加而增加,随着低频源电压的增加而减小,低频源频率将不影响电子密度及电子温度。本文的研究为大气压气体放电提供了更多的优化等离子体参数的手段。     

H2对彩色AC-PDP中Ne-Xe混合气体放电性能的影响

使用AC—PDP宏放电单元测试了AC—PDP放电单元加入少量H2对Ne-Xe混合气体放电性能的影响。结果表明，Ne-Xe混合气体中加入少量H2时会显著改变AC—PDP的着火电压、维持电压和放电电流等放电性能参数。当输入电压频率一定时，着火电压和最小维持电压都会随着H2含量的变化而变化，并且着火电压和最小维持电压在某-H2含量下存在最小值；当心含量一定时，着火电压和最小维持电压随着输入电压频率的增大而增大；在Ne-Xe混合气体中加入H2后，起始放电电流会随着心含量的增加而增大。但是，当H2含量一定时，起始放电电流会随着输入电压频率的增加而增加，并在某一特定频率下达到最大值；当输入电压频率继续增加达到某一更高的值时，加入H2的Ne-Xe混合气体的起始放电电流反而会降低至未加入H2时相同。     

铝合金双曲率薄壁件电磁渐进辅助拉伸成形工艺方案设计与开发

目的 针对铝合金双曲率薄壁件传统拉伸成形工艺成形均匀性差的问题,提出一种采用电磁渐进辅助拉伸成形的高精度成形工艺。方法 设计电磁渐进辅助拉伸成形工艺方案,基于有限元仿真软件LS-DYNA R13.0,建立拉伸成形和电磁成形有限元模型。通过数值仿真研究线圈移动路径和放电电压组合对成形质量的影响以及薄壁件的整体贴模成形过程和等效塑性应变。结果 与单程放电相比,双程放电能够大幅度提高板材变形均匀性。与以中间值电压连续放电以及先大电压后小电压的放电电压组合相比,在先小电压后大电压的放电电压组合下,板材的成形质量更高。选择线圈双程顺序移动路径和7 kV-10 kV放电电压组合,通过10次拉伸和9层54次放电,得到了减薄率仅为3%的贴模性良好的双曲率薄壁件。变形量基本呈现随着放电层数的增加而不断降低的趋势。电磁放电仅扩展更大的塑性应变区域,不改变已贴模区板材的塑性应变值。结论 与拉伸成形相比,电磁渐进辅助拉伸成形工艺有效提高了板材的塑性变形程度并极大控制了回弹的发生。     

静电放电模拟器校准及影响因素研究

针对静电放电模拟器校准中存在的开路电压和放电电流校准重复性和可靠性问题,介绍开路电压和放电电流的校准原理与方法,通过试验对影响静电放电模拟器的开路电压和放电电流校准的环境条件、接地、示波器采样率等因素进行分析研究,试验表明严格控制这些影响因素提高静电放电模拟器校准结果的重复性和可靠性。在实际的校准工作中,可降低校准结果的不确定度,提高校准结果的准确度。     

碳纳米管工具电极的制备

纳米工具电极是进行纳米电解加工的必备条件,其特征尺寸直接影响纳米结构的最终尺寸.提出了利用电弧放电将碳纳米管束焊接在钨针尖上的纳米工具电极制备方法,并通过试验研究了钨针的针尖圆弧半径和放电电压对制备碳纳米管工具电极的影响.试验结果表明,不同尖端圆弧半径的钨针,所需有效放电电压不同,圆弧半径越小,有效放电电压越小,强电场分布越集中,越容易将碳纳米管束焊接在针尖的顶端;圆弧半径越大,强电场分布区域越大,越不容易控制碳纳米管束焊接的方向性.在针尖圆弧半径约为100 nm和300 nm的钨针上,放电电压分别为25 V和35 V时,成功制备出碳纳米管工具电极.     

AC PDP高阻维持驱动方法

针对AC PDP传统维持驱动方法存在零电压状态,造成两次维持放电之间壁电荷损失的问题.本文提出了一种AC PDP高阻维持驱动方法,在该方法中,采用高阻状态替换了传统维持驱动方法中的零电压状态.从而去掉了两次维持放电中间的放电通路,使得壁电荷在两次维持放电之间不会损失.实验结果表明,采用该方法,可以增大AC PDP维持电压余裕度,降低维持电压,提高维持放电的稳定性.