[發(fā)明專利]一種交叉場(chǎng)放電共振耦合的控制方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010300432.6
• 申請(qǐng)日: 2010-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101835334A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牟宗信;賈莉;牟曉東;王春;劉升光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H05H1/16
• 分類(lèi)號(hào): H05H1/16;H05H1/46
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電工工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用輝光放電系統(tǒng)中電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相正交形成交叉場(chǎng)與電源諧振特性共同控制的交叉場(chǎng)共振放電狀態(tài)，采用電源電壓和交叉場(chǎng)中的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)空間分布調(diào)制放電的等離子體狀態(tài)實(shí)現(xiàn)等離子體駐波共振機(jī)制共振耦合形成共振狀態(tài)或者超高脈沖功率放電，或者控制共振實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的放電狀態(tài)。

背景技術(shù)

磁控放電系統(tǒng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相正交形成交叉場(chǎng)控制放電的方法廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，比如電工領(lǐng)域、表面工程、航天領(lǐng)域等。例如在表面工程中磁控濺射沉積技術(shù)用于材料改性和薄膜沉積，普通的磁控濺射裝置中采用陰極表面的封閉磁場(chǎng)產(chǎn)生等離子體，其中離子在陰極電壓的作用下轟擊陰極材料形成濺射效應(yīng)和沉積薄膜，薄膜沉積的過(guò)程中等離子體密度影響沉積到被鍍工件表面的薄膜性能，因此設(shè)計(jì)者不斷采用各種技術(shù)措施來(lái)提高等離子體密度和轟擊到被鍍工件表面的離子電流密度。《濺射沉積技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀》(《真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)》Vol.25，No.3，2005)和《磁控濺射技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用》(《現(xiàn)代儀器》No.5，2005)介紹了目前各種磁控濺射沉積技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，一般磁控濺射的電源采用直流和中頻的脈沖技術(shù)，粒子能量在幾個(gè)電子伏特左右，形成的等離子體離化率低，難以獲得理想的等離子體狀態(tài)，使磁控濺射裝置的應(yīng)用受到限制。在航空航天領(lǐng)域用于航天器推動(dòng)和姿態(tài)調(diào)整的霍爾發(fā)動(dòng)機(jī)則采用陽(yáng)極放電，磁場(chǎng)由永磁體和電磁線圈構(gòu)成，形成陽(yáng)極電場(chǎng)和磁場(chǎng)正交控制放電，通常控制放電的電壓和磁場(chǎng)強(qiáng)度以及電極形狀、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)在空間的分布來(lái)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。陽(yáng)極層放電方式應(yīng)用與等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)和表面工程領(lǐng)域的材料改性，也是利用和陽(yáng)極電場(chǎng)正交的磁場(chǎng)來(lái)輔助放電，增加等離子體的放電效率和等離子體密度，這些放電方式的困難在于沒(méi)有辦法保證系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)和處于振蕩的工作狀態(tài)，影響了器件的使用可靠性。

中國(guó)專利申請(qǐng)，一種交叉場(chǎng)放電的控制方法，專利申請(qǐng)?zhí)?009103023254，該專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N采用在交叉場(chǎng)放電離子源中由電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相正交形成封閉或開(kāi)放的交叉場(chǎng)空間的結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制交叉場(chǎng)中的磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)空間分布以及磁場(chǎng)特性和電源電壓、放電氣壓和氣體成分互相匹配來(lái)調(diào)整放電中的各種磁效應(yīng)；控制在放電中形成的等離子體不穩(wěn)定性導(dǎo)致的等離子體駐波共振機(jī)制耦合電源能量或者實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的放電機(jī)制耦合電源能量；調(diào)整磁極形式和線圈特性來(lái)調(diào)整各種磁效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種交叉場(chǎng)放電靜電駐波共振狀態(tài)的控制方法，采用電源電壓、放電氣壓、放電氣體成份、電極形式和交叉場(chǎng)中的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)空間分布相匹配調(diào)制放電的等離子體狀態(tài)，控制在放電中形成的等離子體不穩(wěn)定性導(dǎo)致的等離子體駐波共振機(jī)制，實(shí)現(xiàn)等離子體駐波共振機(jī)制在單勢(shì)阱或者多勢(shì)阱中共振耦合電能或者形成超高功率脈沖磁控放電，或者穩(wěn)定的放電狀態(tài)，達(dá)到更高離化率、更高的可靠性和更高等離子體密度的要求。

整個(gè)放電系統(tǒng)是一個(gè)利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)正交的交叉場(chǎng)結(jié)構(gòu)約束放電等離子體增強(qiáng)放電，此時(shí)磁場(chǎng)在垂直陰極的軸向上和磁控靶的表面形成磁效應(yīng)；

通過(guò)控制交叉場(chǎng)中的磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)空間分布以及磁場(chǎng)特性和電源電壓、放電氣壓和氣體成分互相匹配來(lái)調(diào)整放電中的各種磁效應(yīng)，可以采用在永磁體磁極上安置鐵磁性的極靴改變陰極表面和放電空間的磁場(chǎng)分布，在軸向上形成磁效應(yīng)；或者利用同軸線圈磁場(chǎng)調(diào)整陰極表面和放電空間的磁場(chǎng)分布，在軸向上形成磁效應(yīng)；放電靶表面的正交場(chǎng)形成磁阱和放電靶與偏壓基片之間形成軸向勢(shì)阱結(jié)構(gòu)。

平行電極的方向上磁場(chǎng)和電場(chǎng)正交的交叉場(chǎng)放電結(jié)合磁鏡效應(yīng)、磁力線曲率效應(yīng)和磁絕緣阻擋效應(yīng)控制形成等離子體靜電波動(dòng)的激發(fā)和駐波共振機(jī)制或者穩(wěn)定的放電耦合電源能量；或者形成超高脈沖功率非平衡磁控放電。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

(1)非平衡磁控濺射雙勢(shì)阱靜電波動(dòng)及其共振耦合

在構(gòu)成交叉場(chǎng)的磁場(chǎng)中磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度在0-3T的范圍之內(nèi)，電壓的范圍在0-1000kV之間，通過(guò)使用頻率范圍為0Hz-500GHz、電壓幅值在0-1000kV之間的高功率脈沖開(kāi)關(guān)電源供電或者直接使用0-1000kV的可調(diào)直流電源為放電系統(tǒng)提供電能。電源的供給電壓、放電氣壓、氣體成份需要和磁場(chǎng)特性通過(guò)反饋方式匹配，波動(dòng)頻率在0Hz-500GHz之間，振幅通過(guò)電源的電壓控制，電源連接到真空放電電極上，在真空室壓力在0.01-100MPa的范圍之內(nèi)，可以使用直流和脈沖方式供給磁控放電形成等離子體，由電源功率和頻率控制交叉場(chǎng)放電等離子體靜電駐波共振放電狀態(tài)或者實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。