采用高功率脈沖電源，研究了氬氣氣氛下工作氣壓、脈沖電壓和頻率等參數(shù)對籠網(wǎng)型空心陰極放電特性的影響，并對等離子體發(fā)射光譜進行了分析。結果發(fā)現(xiàn): 在脈沖電壓增加到一定程度，脈沖電流隨時間呈指數(shù)型(n > 1) 激增。提高工作氣壓、脈沖頻率及脈沖電壓，籠型空心陰極放電增強。脈沖峰值電流隨氣壓和脈沖電壓的升高而增大，但隨頻率增大呈現(xiàn)降低趨勢。光譜分析表明，氬氣籠型空心陰極放電主要物種是Ar* 和Ar + 粒子，隨脈沖電壓、工作氣壓及頻率的增大，Ar* 和Ar + 粒子數(shù)量增多。

　　類金剛石(DLC，Diamond Like Carbon) 是一種廣受重視的多功能薄膜，迄今為止人們已經(jīng)開發(fā)了多種DLC 膜的制備技術，如離子束沉積(IB) 、濺射(SP) 、陰極弧(CA) 、脈沖激光沉積(PLD) 、等離子增強化學氣相沉積(PECVD) 等。Catherine等在中頻低氣壓等離子化學氣相沉積DLC 膜(50kHz，CH4或C6H6，1 ～60 Pa) 增長機理的研究中發(fā)現(xiàn)，工件電流密度是更重要的參數(shù)，而不是工件偏壓。為提高DLC 膜的沉積速率和膜層質量，美國西南研究院( SwRI) 在等離子體浸沒離子注入( PIII，Plasma Immersion Ion Implantation) 的基礎上，將工件放入籠內，在鍍膜過程中籠內產生空心陰極效應，大大增加了等離子體密度和強度，開發(fā)出籠網(wǎng)等離子體浸沒離子沉積( meshed plasma immersion ion deposition，MPIID)技術。利用籠型空心陰極結構進行輝光放電，不僅可顯著提高工件電流密度，而且提高復雜形狀工件DLC 薄膜沉積的均勻性。

　　在PECVD制備DLC工藝中，氬氣是一種常用的氣體，可以實現(xiàn)工件的濺射清洗，或作為碳氫氣體的稀釋劑，增強碳氫前驅體解離和離化，增大涂層的離子流轟擊及減少涂層中的氫含量，從而影響DLC薄膜沉積速率及性能。然而關于氬氣籠網(wǎng)型空心陰極放電特性的研究還未見報道，基于上述原因，本文采用高功率脈沖電源考察了氬氣氣氛下，工作氣壓及放電參數(shù)如脈沖電壓和放電頻率對籠型空心陰極放電電流的影響；同時利用等離子體光譜診斷技術，研究了氬氣空心陰極放電過程上述工藝參數(shù)變化與氬粒子譜線之間的關系，為DLC 鍍膜工藝優(yōu)化奠定基礎。

　　1、實驗方法

　　實驗裝置見圖1，其中籠網(wǎng)型放電腔室采用201型不銹鋼網(wǎng)編成，尺寸為Φ200 mm × 300 mm，網(wǎng)眼大小為1 mm × 1 mm。放電激勵采用自行開發(fā)的高功率大電流脈沖電源( 注: 參數(shù)為5 kV/200A/1000Hz，該電源已經(jīng)在多家單位運行) 。電源陽極接真空室( 即大地) ，陰極輸出線通過絕緣端子進入真空室與籠型放電室相連。脈沖電壓和電流波形從電源前端面板輸出到示波器，工作氣體為99.99% 的高純Ar 氣。

　　籠型空心陰極輝光放電的等離子體光譜，利用AVANTES 公司生產的光譜儀進行測量。改變氣壓及放電參數(shù)( 電壓和頻率) ，獲得不同強度的發(fā)射光譜圖，最后采用Plasus Specline 軟件對譜線進行標定和分析。

圖1 籠網(wǎng)空心陰極放電實驗裝置示意圖

　　3、結論

　　采用高功率脈沖電源，研究了氬氣工作氣壓、脈沖電壓和放電頻率等工藝參數(shù)對籠網(wǎng)型空心陰極放電特性的影響，結果表明：隨氬氣工作氣壓增大，籠型空心陰極放電擊穿電壓降低；提高氬氣氣壓、頻率及脈沖電壓，籠型空心陰極輝光增強，脈沖峰值電流隨氣壓或脈沖電壓的升高而增大，但隨頻率增大呈現(xiàn)降低趨勢。氬氣籠型空心陰極放電主要物種是Ar* 和Ar + 粒子。隨電壓、工作氣壓及頻率的增大，激活態(tài)氬粒子數(shù)量增多。這些研究將為籠網(wǎng)空心陰極利用以及高質量DLC 薄膜沉積奠定基礎。