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在PVD實(shí)際中，你是否遇到過(guò)開(kāi)靶點(diǎn)不起來(lái)，需要充入更多的工作氣體或多關(guān)閉高閥才能正常點(diǎn)靶，是否遇到在輝光清洗時(shí)，產(chǎn)品“打火”，燒蝕壞產(chǎn)品的情況。其實(shí)這些都與氣體的放電有關(guān)，下面就聊聊與PVD相關(guān)的幾種放電類型。

巴邢定律

氣體的著火電壓取決于一系列因素。1889年，L.C.帕邢發(fā)現(xiàn)，對(duì)于平行平板電極系統(tǒng)，在其他條件相同時(shí)，著火電壓是氣體壓力p與電極距離d乘積的函數(shù)，通稱為巴邢定律。圖中表示一些氣體的著火電壓與pd值的關(guān)系。由圖可見(jiàn)，著火電壓有一最低值。在最低值右邊（右支），著火電壓隨pd的增大而提高，在其左邊（左支），則隨pd的減小而提高。在高電壓設(shè)備中，各電極間的距離須足夠大（即d值應(yīng)足夠大），有時(shí)還充以高壓強(qiáng)（即取大的p值）的絕緣氣體，以提高設(shè)備的耐壓，就是利用右支的特性。反之，在真空電容器一類器件中，常將其內(nèi)部抽至良好的真空（即達(dá)到小的p值），以提高其耐壓，這是利用左支的特性。文章開(kāi)頭提到的靶點(diǎn)火問(wèn)題，原理就在這里。

輝光放電

低壓氣體在著火之后一般都產(chǎn)生輝光放電。在氣體壓力約為 100帕且所加電壓適中時(shí)，放電就呈現(xiàn)出明暗相間的 7個(gè)區(qū)域。從陰極到陽(yáng)極的順序分為7個(gè)區(qū)。

①阿斯頓暗區(qū)：它是陰極前面的很薄的一層暗區(qū)，是F.W.阿斯頓于1968年在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。在本區(qū)中，電子剛剛離開(kāi)陰極，飛行距離尚短，從電場(chǎng)得到的能量不足以激發(fā)氣體原子，因此沒(méi)有發(fā)光。

②陰極輝區(qū)：緊接于阿斯頓暗區(qū)，由于電子通過(guò)阿斯頓暗區(qū)后已具有足以激發(fā)原子的能量，在本區(qū)造成激發(fā)而形成的區(qū)域，當(dāng)激發(fā)態(tài)原子恢復(fù)為基態(tài)時(shí)就發(fā)光。

③陰極暗區(qū)：又稱克魯克斯暗區(qū)。抵達(dá)本區(qū)域的電子，能量較高，有利于電離而不利于激發(fā)，因此發(fā)光微弱。

④負(fù)輝區(qū)：緊鄰陰極暗區(qū)，且與陰極暗區(qū)有明顯的分界。在分界線上發(fā)光最強(qiáng)，后逐漸變?nèi)?，并轉(zhuǎn)入暗區(qū)，即后述的法拉第暗區(qū)。負(fù)輝區(qū)中的電子能量較為分散，既富于低能量的電子也富于高能量的電子。

⑤法拉第暗區(qū)：負(fù)輝區(qū)到正柱區(qū)的過(guò)渡區(qū)域。在本區(qū)中，電子能量很低，不發(fā)生激發(fā)或電離，因此是暗區(qū)。

⑥正輝柱區(qū)：與法拉第暗區(qū)有明顯的邊界，是電子在法拉第暗區(qū)中受到加速，具備了激發(fā)和電離的能力后在本區(qū)中激發(fā)電離原子形成的，因發(fā)光明亮故又稱正輝柱。正輝柱區(qū)中電子、離子濃度很高（約1015～1016個(gè)/米3），且兩者的濃度相等，因此稱為等離子體。正柱區(qū)具有良好的導(dǎo)電性能；但它對(duì)放電的自持來(lái)說(shuō)，不是必要的區(qū)域。在短的放電管中，正柱區(qū)甚至消失；在長(zhǎng)的放電管中，它幾乎可以充滿整個(gè)管子。正柱區(qū)中軸向電場(chǎng)強(qiáng)度很小，因此遷移運(yùn)動(dòng)很弱，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（即亂向運(yùn)動(dòng)）占優(yōu)勢(shì)。

⑦陽(yáng)極輝區(qū)和陽(yáng)極暗區(qū)：只有在陽(yáng)極支取的電流大于等離子區(qū)能正常提供的電流時(shí)才出現(xiàn)。它們?cè)诜烹娭胁皇堑湫偷膮^(qū)域?！≥x光放電各區(qū)域中最早被利用的是正柱區(qū)。正柱區(qū)的發(fā)光和長(zhǎng)度可無(wú)限延伸的性質(zhì)被利用于制作霓虹燈。作為指示用的氖管、數(shù)字顯示管，以及一些保護(hù)用的放電管，也是利用輝光放電。在氣體激光器中，毛細(xì)管放電的正柱區(qū)是獲得激光的基本條件。近代微電子技術(shù)中的等離子體涂覆、等離子體刻蝕，也是利用輝光放電過(guò)程。從正柱區(qū)的研究發(fā)展起來(lái)的等離子體物理，對(duì)核聚變、等離子體推進(jìn)、電磁流體發(fā)電等尖端科學(xué)技術(shù)有重要意義。輝光放電中的負(fù)輝區(qū)，由于電子能量分布比正柱區(qū)的為寬，如今被成功地用于制作白光激光器。

異常輝光放電

      磁控濺射一般屬于異常輝光放電，在整個(gè)陰極已布滿輝光，再增大支取的電流，則出現(xiàn)異常輝光放電。此時(shí)陰極位降很大，且位降區(qū)的寬度減小。陰極位降大和電流密度大，會(huì)導(dǎo)致陰極材料的濺射。在放電器件中，濺射的吸氣作用降低器件內(nèi)氣體壓強(qiáng)并改變其氣體成分，而濺射形成的導(dǎo)電膜則降低電極間絕緣。陰極濺射現(xiàn)象也可用作材料涂覆的一種手段，這就是濺射鍍膜。

電弧放電

     多弧離子鍍屬于弧光放電，如將輝光放電的限流電阻減小，則放電電流增大，并轉(zhuǎn)入電弧放電。電弧放電的特點(diǎn)是電流密度大而極間電壓低，其自持依賴于新的電子發(fā)射機(jī)制，即熱發(fā)射和冷發(fā)射。熱發(fā)射是因正離子轟擊陰極出現(xiàn)局部高溫而產(chǎn)生的；冷發(fā)射則是因陰極表面存在局部強(qiáng)電場(chǎng)而引起的。前者稱為熱電子電弧，后者稱為冷陰極電弧。作為強(qiáng)光源的碳極電弧就是熱電子電弧；電力工業(yè)用的汞弧整流管則利用冷陰極電弧。

　電弧放電的一個(gè)重要特點(diǎn)是陰極上有陰極輝點(diǎn)。熱電子電弧的輝點(diǎn)一般是固定不動(dòng)的；冷陰極電弧如汞弧整流管液汞表面上的輝點(diǎn)是跳躍移動(dòng)的。陰極輝點(diǎn)是電子發(fā)射的來(lái)源，其電流密度高達(dá)數(shù)百至數(shù)千安/厘米2。電弧放電的伏安特性隨電極材料、氣體種類、壓力而異。大氣中的碳極電弧呈現(xiàn)出典型的負(fù)阻特性，因此外電路中必須串有限流電阻，以穩(wěn)定電流。電弧放電產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻射，其強(qiáng)度隨氣體壓力和電流密度而增大。放電區(qū)中溫度最高點(diǎn)在一個(gè)大氣壓下約為4200K，在10個(gè)大氣壓下為6520K，在幾十或幾百大氣壓下達(dá)10000K。碳極電弧是最早的強(qiáng)光光源。各種高氣壓放電燈如高氣壓汞燈、氙燈、鈉燈，是在管泡內(nèi)進(jìn)行電弧放電的光源。電弧焊接、電弧切割在工業(yè)上有廣泛應(yīng)用；電弧的高溫可作為電爐的熱源。

轉(zhuǎn)載自----PVD鍍膜