第4章气体放电和低温等离子体课件.pptx

1、第四章第四章气体放电和低温等离子体气体放电和低温等离子体1q 带电粒子在电磁场中的运动带电粒子在电磁场中的运动q 气体原子的电离和激发气体原子的电离和激发q 气体放电发展过程气体放电发展过程q 低温等离子体概述低温等离子体概述q 低温等离子体的产生辉光放电低温等离子体的产生辉光放电q 弧光放电弧光放电q 高频放电高频放电q 低压力高密度等离子体放电低压力高密度等离子体放电24.1带电粒子在电磁场中的运动带电粒子在电磁场中的运动FqEma电子经过电势差为电子经过电势差为U U所得到的能量变成动能。所得到的能量变成动能。2122mveUeUvm故电子与电势差的关系1、平行电场、平行电场32、径向电

2、场、径向电场两个同轴圆柱电极，两极之间的电场是径向的。则其强度为：12211lnrUUErrr设电子以横向速度v0在r=r0处进入此电场，若电子在r=r0处受到的径向电场力与惯性离心力大小相等，方向相反，则径向加速度为零，于是电子沿圆周运动，这时电场强度为：0200()rr rmvEer若电子以横向速度v1v0,则电子的运动轨迹不为圆周。4当带电粒子沿磁场方向运动时当带电粒子沿磁场方向运动时:0v0vF粒子作匀速直线运动。粒子作匀速直线运动。1、均匀磁场、均匀磁场 当带电粒子的运动方向与磁场方向当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时垂直时:粒子在磁场中做匀速圆周运动。粒子在磁场中做匀速圆周运动。

3、周期和角频率只与周期和角频率只与B B有关。有关。正离子回转方向与电子方向相反，正离子回转方向与电子方向相反，且回转半径大、角速度小、周期长且回转半径大、角速度小、周期长qBmvR0qBmvRT220mqBT25qBmT2（3 3）如果如果 与与 斜交成斜交成 角：角：B0v粒子作螺旋运动粒子作螺旋运动，hRB0sinmvRqB螺距螺距 h:qBmvvRvTvhcos220/vv0v62、非均匀磁场、非均匀磁场带电粒子在非均匀磁场中向磁感应强度增加的方向运动7当电子初速度v0=0时，电子在正交均匀电磁场中的运动是：回旋运动加上一个垂直于电场和磁场方向的漂移运动，运动轨迹为旋轮线。1、正交均匀电

4、磁场、正交均匀电磁场EuBY方向前进的漂移速度：方向前进的漂移速度：2mEeBReBm旋轮半径和旋转角频率旋轮半径和旋转角频率8带电粒子在径向电场中运动，还要受到轴向磁场的影响。径向力包括径向电场产生的电场力电场力，轴向磁场产生的洛洛伦兹力伦兹力，还有离心力离心力。横向力只有轴向磁场产生的洛伦兹力洛伦兹力。电子和粒子的运动轨迹如图所示。2、径向电场和轴向磁场、径向电场和轴向磁场电子的回转半径小，回转频率大，最后漂移到阳极上去。离子的的回转半径大，回转频率小，最后漂移到阴极上去，实现等离子体分离。9在真空电弧中，带电粒子的轨迹很复杂。在电场作用下做直线漂移运动，在磁场作用下做回转运动，在不断地碰

5、撞中做扩散运动。2、径向电场和轴向磁场、径向电场和轴向磁场带电粒子运动轨迹的曲率取决于粒子在两次碰撞间平均完成两次碰撞间平均完成旋转的圈数旋转的圈数，称为霍耳系数，是重要的等离子体参数。10圆筒形阳极和中心轴阴极构成电极结构，两电极间加电场电场。在轴向有与电场垂直的外加磁场磁场。1、磁控管、磁控管电子在上述电磁场作用下，会在阴极表面周围做回旋漂移运动，称为电子的磁控管运动。发生这一运动的电子，在一定条件下因回旋辐射，会发射频率为GHz的强电磁波(微波)。称这种微波发振管为磁控管。11当磁场强度一定时，带电粒子回旋运动的频率与速度无关，因此若施加于此频率相同的变化电场，则带电粒子将被接力加速，称

6、为电子回回旋共振。旋共振。2、电子回旋共振（、电子回旋共振（ECR）电子回旋频率与磁场B的关系为：102.8 10fB电子在满足上述条件的区域运动，电子将会获得很大的能量，但由于电子与其他粒子碰撞及电子回旋运动的能量辐射等，电子获得的动能并不是无限的。利用ECR得到的高能电子，可以获得更充分的气体放电（高密度的等离子体）。12弹性碰撞弹性碰撞：若电子或离子的动能较小，当其与他原子或分子碰撞时，达不到使后者激发或电离的程度，碰撞双方仅发生动能交换。1、弹性碰撞和非弹性碰撞、弹性碰撞和非弹性碰撞4.2 13非弹性碰撞非弹性碰撞：若电子或离子的动能达到数电子伏以上，碰撞造成，例如造成原子激发、电离、

7、分子解离、原子复合及电子附着等。这样的碰撞称为非弹性碰撞。1、弹性碰撞和非弹性碰撞、弹性碰撞和非弹性碰撞非弹性碰撞对于气体放电和等离子体状态的维持至关重要。14入射粒子向目标粒子的能量转移比率：2、二体弹性碰撞的能量转移、二体弹性碰撞的能量转移2222142cos12tttitiitiimuEmmEmmmv当入射粒子与目标粒子质量相同时，能量转移比率最大，说明同种气体原子间碰撞的能量转移十分有效。非常重的粒子碰撞非常轻的粒子（=0时），轻粒子被碰撞后的速度为入射重粒子速度的两倍。非常轻的粒子碰撞非常重的粒子（=0时），能量转移比率非常低。但是电子在由阴极向阳极运动的过程中，由于碰撞频繁，每秒内

8、传递给气体分子、原子的能量不可忽视。二体弹性碰撞能量传递系数：24ititmmmm15目标粒子内能与入射粒子动能之比的最大值：3、非弹性碰撞的能量转移、非弹性碰撞的能量转移22cos12titiimUmmmv当离子与气体原子发生第一类非弹性碰撞时，由于其质量大小差不多，因此内能传递系数为0.5。即离子最多也是将其能量的一半传递给中性原子，转换为内能。当电子与气体原子发生第一类非弹性碰撞时，由于质量相差悬殊，内能传递系数为1。即电子几乎是将其所有的动能传递给中性原子，转换为内能titmmm二体非弹性碰撞内能传递系数：16 在利用气体放电的气相沉积和干法刻蚀中，离子每发生一次弹性碰撞，最多可以损失

9、其全部能量。而发生一次非弹性碰撞，最多可以损失其全部能量的一半；电子在弹性碰撞中几乎不损失能量，而在非弹性碰撞时几乎把所有能量全部传递给中性粒子。17产生带电质点的物理过程称为电离，是。电离：电离：若原子从外界获得的能量足够大，以致使一个或几个电子摆脱原子核的束缚形成自由电子和正离子，这一过程称为电离。电离所需的能量称为，通常用电子伏(eV)表示，有时也用电离电位Ui表示，Ui=Wi/e(e为电子的电荷量)。J106.1C106.1V1eV1191918 碰撞电离碰撞电离 光电离光电离 热电离热电离 潘宁电离潘宁电离 亚稳原子间的电离亚稳原子间的电离 金属表面电离金属表面电离 电极表面带电质点

10、的产生电极表面带电质点的产生电极空间带电质点的产生电极空间带电质点的产生（空间电离）（空间电离）19为维持辉光放电，最为重要的碰撞即为电子碰撞电离。1、电子碰撞电离过程、电子碰撞电离过程电离碰撞产生2个电子，在电场中加速，直到下一次碰撞电离。依靠这种反复发生的过程维持辉光放电。2eAAe20212imveExWiUxE条 件：电子或离子在电场作用下加速所获得的动能与质点的电荷(e)、电场强度(E)以及碰撞前的行程(x)有关，即：高速运动的电子与中性的原子或分子碰撞时，如原子或分子获得的能量等于或大于其电离能，则会发生电离，这种由碰撞而引起的电离称为碰撞电离碰撞电离。21电子与原子碰撞的截面与原

11、子的几何截面有关，而碰撞电离的有效截面还与电子的能量有关。2、碰撞电离有效截面、碰撞电离有效截面222、碰撞电离有效截面、碰撞电离有效截面在离子气相沉积中，为了提高沉积层原子的离化率，不一定追求高的加速电压，按上两图中曲线最大值出现的位置可知，当电子获得几十到两百左右的eV能量时，电离几率最大。eeiieiSZ fZf为单位路程电子与气体分子碰撞的平均次数，即平均自由程的倒数。为产生电离的碰撞占总碰撞次数的比例，称为碰撞电离几率。23由光辐射引起的气体分子的电离过程，称为光电离。若光子能量大于气体分子电离能，则可能引起气体分子的光电离。3、其他电离方式、其他电离方式 光电离：hAA24阈值能量

12、极限波长 热电离气体在热状态下引起的电离过程称为热电离。热电离本质：高速运动的气体分子的碰撞电离和光电离，只不过能量不是来自电场而是气体分子本身的热能。气体分子平均动能与分子温度的关系：32WkT波尔茨曼常数1.3810-23J/K 热力学温度 热电离实质上是热状态产生的碰撞电离和光电离的综合。3、其他电离方式、其他电离方式25 潘宁电离若混合气体中甲气体的亚稳激发态能高于乙气体的电离能，则会出现潘宁电离，可使混合气体的击穿强度低于这两种气体各自的击穿强度。从绝缘的观点看，潘宁效应是很不利的；但在气体放电应用中，如在电光源和激光技术中，则常常利用潘宁效应。3、其他电离方式、其他电离方式*ABA

13、Be在离子气相沉积中，潘宁电离非常重要。离子沉积中通常通入保护气体或反应气体，如氩气、氮气等。氩气的亚稳激发电位是11.55 eV，多数沉积元素是金属或其化合物，金属的电离电位是710 eV。当氩的亚稳原子与金属原子相互作用时，产生潘宁电离，提高金属的离化率。26 中性亚稳原子之间的碰撞电离3、其他电离方式、其他电离方式受某一激发能激发的中性亚稳原子之间发生碰撞，若二者能量之和大于其中某一中性粒子的电离能，则可引起电离。中性亚稳原子激发能量之和同B的电离能之差变为电子的动能。*ABABe27一些金属的逸出功金属逸出功铝1.8银3.1铜3.9氧化铜5.3电子从金属电极(阴极)表面逸出来的过程称为

14、电极表面电离。使阴极释放电子需要的能量:逸出功逸出功。逸出功与金属的微观结构和表面状态有关,与金属温度无关。金属表面逸出功比气体电离能小很多，因此电极表面电离在气体放电过程中有相当重要的作用。3、其他电离方式、其他电离方式 电极表面电离或金属表面电离28 正离子撞击阴极：正离子能量传递给阴极，不小于2倍金属表面逸出功时发生电离。光电子发射：金属表面受到短波长光照时，光子能量金属表面逸出功时，可造成电离。强场发射：在阴极附近施加强电场可使阴极释放电子。在真空的击穿过程中，具有决定性的作用。热电子发射：加热阴极，使电子获取足够动能，克服金属表面逸出功。29电子与常态原子A发生非弹性碰撞，A中的电子

15、吸收了入射电子的能量后，从低能级跃迁到高能级，破坏了原子的稳定状态称为激发态，该原子称为受激原子。1、电子碰撞激发、电子碰撞激发亚稳原子：受激原子如果不能以辐射光量子的形式自发的回到正常的稳态，而是停留时间较长，达到10-4秒到数秒，这种激发态称为亚稳态，其激发原子称为亚稳原子。*AeAe302、电子碰撞激发截面、电子碰撞激发截面由于分子可能发生振动激发及旋转激发，因此其阈值比原子小。313、其他激发方式、其他激发方式 光致激发光致激发*hAAA为受激原子当光子能量超过原子的激发阈值时，会引起原子激发。离子碰撞激发离子碰撞激发*BAABA为受激原子具有一定动能的离子与原子碰撞时，可以引起原子激

16、发。324、亚稳原子在气相沉积中的作用、亚稳原子在气相沉积中的作用亚稳原子在离子气相沉积中，既可提高沉积原子的能量，又可产生累积电离，提高离化率。亚稳原子是长寿命的受激原子，它的作用首先是使逐次跃迁和累积电离的可能性增加；另一个重要作用是进行第二类非弹性碰撞，如前面提到的潘宁电离、中性亚稳原子之间的碰撞电离等。33电子被原子、分子等捕获形成负离子的过程叫做附着，反之，电子被负离子放出的过程叫离脱。附着过程发生的几率，与中性粒子（原子、分子）对电子的亲和力（电负性）有关。电负性气体分子捕获电子的能力除与气体性质有关外，还与电子的动能有关，电子速度高时不容易被捕获，因此电场强度很高时电子附着率很低

17、。34激发过程产生的激发状态，一般情况下是不稳定的。受激原子在10-7到10-8秒内放出所获得的能量回复到正常状态，放出的能量以光子形式辐射出去。*AAh 该过程又称退激发光。平常见到的等离子体发光，几乎都是这种回复过程产生的。回复是激发的逆过程回复是激发的逆过程35回复过程放出光的波长与核外电子从较高能级返回较低能级的能量差有关。这对原子、分子来说是固有的。因此，对等离子体的发光光谱进行分析，可以确定等离子体中激发原子的种类。36解离是由几个原子组成的分子分解为单个原子的过程。通过非弹性碰撞，分子若能获得大于其结合能的能量，可以实现解离。一般工程用等离子体中，这种解离过程以及前述的激发过程和

18、后面复合过程，都可以形成激发态的亚稳原子。利用这些亚稳原子可以进行等离子体刻蚀和等离子体化学气相沉积等。hABABeABABeCABABC实现解离的方法主要有：37带异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递和中和而还原为中性质点的过程，称为复合。复合是电离的逆过程。3839带电粒子除了进行上述的空间复合之外，还可能在器壁上复合或者进入电极消失。电子进入阳极：电子在电场作用下进入阳极，电子的动能转变为热能，使阳极升温或者激发出二次电子。正离子进入阴极：正离子从阴极拉出电子与其复合成中性原子。正离子轰击阴极，其能量转变为热能，使阴极升温或者激发出二次电子。这是维持气体放电的关键。负离子到达阳极放出一个电

19、子变为中性粒子。带电粒子在器壁上复合：带电粒子在器壁上碰到一起很容易复合，多余的能量使器壁升温。404.3 气体放电发展过程气体放电发展过程41电介质：电介质：不导电或导电率极小的物质。例如：空气、橡胶、纯净水。电介质击穿：电介质击穿：电介质变为导电通道的现象。气体放电：气体放电：气体电介质的击穿现象。自持式放电、非自持式放电：自持式放电、非自持式放电：将真空容器抽真空至10-1Pa的某一压强时，接通相距d的两个电极间的电源，使其电压逐渐上升。当电压低时，基于宇宙线及存在于自然界的极微量放射性物质射线引起的电离，电路中仅流过与初始电子数相当的暗电流暗电流。随着电压增加，当加速电子能量大到一定值

20、之后，与中性气体分子或者原子碰撞使之电离，于是电子数按等比级数迅速增加，形成电子繁衍过程，称为雪崩式放电过程雪崩式放电过程。但此时的放电属于非自持式放电过程非自持式放电过程，其特点是，若将原始电离源出去，放电立刻停止。若将原始电离源去掉放电仍能维持，称为自持式放电过程自持式放电过程。42过程：过程：电子在电场作用下，向阳极加速运动，超过一定能量值后，与气体分子发生碰撞电离。一个电子产生了两个电子，重复这一过程，实现了电子的繁衍。定义为电子对气体的体积电离系数，即每个电子从阴极到阳极的繁衍过程中，单位距离所增加的电子数。过程：过程：离子在阴极位降的作用下，轰击阴极，产生电子，即二次电子。以电子为

21、火种，引起后续的过程，继而继续产生电子。达到一定条件，即使没有外界因素产生的电子，也能维持放电进行，即放电进入自持状态。43要达到自持放电的条件，必须在气隙d内初始电子崩消失前产生新的电子（二次电子）来取代外电离因素产生的初始电子。(e1)1d均匀电场中自持放电的条件（汤生放电理论）：物理意义：一个电子自阴极逸出后产生的各种直接和间接过程将使阴极再发出一个电子，使得气体放电转为自持式放电。该式为自持式放电的起始条件，此时对应的电压为击穿电压。44汤生理论的实质：汤生理论的实质：气体间隙中发生的(电子雪崩)。二次电子来源于正离子撞击阴极表面逸出电子，。所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电

22、的判据。适用条件：均匀电场，低气压，短气隙。适用条件：均匀电场，低气压，短气隙。451889年，帕邢（Paschen）从大量实验中总结了击穿电压 Uz与 pd 的关系，称为帕邢定律。当气体和电极材料一定时，气隙的击穿电压是气体压力 p 和气隙距离 d 乘积的函数，即：46对应于某一 pd 值，空气间隙的击穿电压最低，即Uz有极小值。帕邢定律与汤生理论的关系：帕邢定律与汤生理论的关系：前者为后者提供实验结果支持；后者为前者提供理论依据。4748不均匀电场中，气隙中的最大场强比平均场强大的多。外加电压较低时，曲率大的电极附近电场强度已足够大，可引起强烈的电离，在这局部的强场区形成放电。这种仅仅发生

23、在强场区的局部放电称为电晕放电电晕放电。电晕放电是极不均匀电场特有的一种自持放电形式。大曲率电极附近很小的区域内场强足够高，会发生电离。电离区中的复合过程和从激发回复正常态等过程，会产生大量光辐射，形成电晕。而其他电极空间场强太小，电离无法发生。494.4 低温等离子体概述低温等离子体概述日常生活中的等离子现象日常生活中的等离子现象闪电闪电极光极光太阳太阳等离子体电视等离子体电视50常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。它广泛存在于宇宙中。广义上，等离子体可定义为：带正电的粒子与带负电的粒子具有几乎相同的密度，整体呈电中性状态的粒子集合体。等离子体通常由离子、电子、基态原子或分子，激发

24、态原子或分子、以及由分子解离而形成的活性基等基本粒子构成。等离子体的性质是这些粒子集体行为的表现。5152等离子体温度：等离子体中含有电子、离子和大量的中性粒子或基团。当等离子体系统处于热平衡状态时遵从麦克斯韦分布，其平均运动能量可用下式表示：21322EmvkT然而，低气压放电等离子体经常处于非平衡态，组成等离子体的电子、离子和中性粒子等各自具有的温度不同，因此等离子体的温度应区分为电子温度 Te、离子温度 Ti 和中性粒子温度 Tn。53等离子体中，电子和离子的温度多数情况下都以平均动能 表示，并以 eV 为单位，它与温度对应的关系按习惯可以表示为：32kT19231.602 101116

25、001.38066 10JeVKJ K在薄膜技术中，所用等离子体的电子温度一般为数十电子伏。54辉光放电、射频放电、低气压弧光放电产生的等离子体均属于低温等离子体。这种等离子体中，电子能量相对较高，且因质量小，运动速度较大，这些电子与气体分子进行非弹性碰撞，使气体电离，产生新电子继续维持放电过程。在大多数离子气相沉积中，一般都是部分气体和金属原子被电子碰撞电离为离子。随着气压升高，在弧光放电中，单位时间碰撞次数增加，电子与气体重粒子之间也会发生比较充分的动能交换，电子温度与离子温度、气体温度（中性粒子温度）逐渐趋于相等。则等离子体由非平衡态过渡到热平衡态。55等离子体振荡：等离子体中粒子的密度

26、分布会产生起伏。假定等离子体中电子相对于离子发生位移，则某处的电子密度变大，而另一处的离子密度变大，在等离子体空间会形成电场。电子会在该电场的库仑力的作用下向回运动。但是由于惯性，电子会越过平衡位置，又会再次受到反方向的库仑力作用，因此电子将以某个特征频率围绕着平衡位置振荡，叫做等离子体振荡。等离子体振荡分为等离子体电子振荡和等离子体离子振荡。56等离子体振荡频率：是指等离子体内部对发生电场产生屏蔽作用的时间响应尺度。等离子体离子振荡频率一般远小于等离子体电子振荡频率。1224epeen em等离子体电子振荡频率1224ipiinem等离子体离子振荡频率57例如：若电磁波入射电离层等离子体中，

27、如果电磁波的频率比等离子体的频率高得多，电子来不及响应，则电波能穿过电离层而传输。使用这种频率的电磁波，可以进行地球与人造卫星之间的通信。如果电磁波的频率低于等离子体的频率，地球上发出的电磁波被电离层发射，可以进行全地球表面的远距离通信。58德拜长度：是指等离子体内部对电场产生的空间屏蔽效应。或者说等离子体中带电粒子的库仑力作用范围是有限的当系统的几何限度远大于德拜长度时，系统内包含的电离气体才能被看成等离子体。这时净电荷仅在小于德拜长度内存在，而在其外的等离子体是宏观电中性的。所以德拜长度表示了维持等离子体宏观电中性的空间特征尺度。122eDekTn e德拜长度59德拜屏蔽：如果在等离子体中

28、施加电场，带电粒子将起到降低电场影响的作用。这种降低局域电场影响的响应，即等离子体对内部电场产生的空间屏蔽效应。德拜屏蔽使等离子体保持准电中性的特性。假设在浸入等离子体的两个表面上施加电压，表面将吸引等量的异性带电粒子。两个表面附近积累的带电粒子将屏蔽带电表面，使等离子体保持电中性。这时外加电压将集中在电极表面附近的德拜长度的距离中。60等离子体鞘层等离子体鞘层：等离子体虽然是电中性的，但是当它们与器壁接触时，它们与器壁之间会形成一个薄的正电荷区域，不满足电中性条件，该区域称为等离子鞘层等离子鞘层。鞘层的形成过程：等离子体被两个接地的极板包围，这两个极板具有吸收带电粒子的功能，由于静电荷密度为

29、零，在各处的电场强度和电势都为零。61在电子上的作用力指向等离子体内部，阻止了等离子体中的电子向器壁的运动，使电子回到等离子体中。而对离子的作用是使进入鞘层的离子加速向器壁运动。由于电子的热运动速度是离子热运动速度的100倍以上，等离子体中的电子可以迅速到达极板而消失。经过很短的时间后，器壁附近的电子损失掉，形成一个很薄的正离子鞘层。这鞘层中 ni 远大于 ne，因此有净电荷存在、该电荷密度产生了一个在等离子内部为正，在鞘层两侧迅速下降为零的电势分布。因为鞘层内的电场方向指向器壁，这个电势分布是一个约束电子的势阱，对离子而言则是一个势垒。62 按照存在方式分：天然等离子体：地球大气电离层、太阳

30、、日冕、星际空间等人工等离子体：日光灯、霓虹灯等。由人工通过外加能量如电场、磁场、辐射、光和热能激发电离物质形成的等离子体。按照电离度分：完全电离等离子体：=1部分电离等离子体：0.011。弱电离等离子体：10-60.01。634.5 低温等离子体的产生低温等离子体的产生直流辉光放电：在低气压气体中插入两个金属电极并施加直流电压，使其电压逐渐上升到某个值时就会发现气体导电并发光了，这就形成了直流辉光放电等离子体。基本过程：当电压低时，基于宇宙线及存在于自然界的极微量放射性物质射线引起的电离，气体中存在少量自由电子，电路中仅流过与初始电子数相当的暗电流。随着电压增加，当加速电子能量大到一定值之后

31、，与中性气体分子或者原子碰撞使之电离，于是电子数按等比级数迅速增加，形成电子繁衍过程，称为雪崩式放电过程。当电子与离子的增加数与等离子体中消失的电子和离子数相等时，放电实现了自持。气体被击穿，变成了导电流体，同时发光，称作辉光放电。64进入辉光放电时，电压下降到几百伏，电流急剧增加到几毫安到几百毫安，这时的放电模式为正常辉光。产生正常放电所需的最小电压阈值称为击穿电压。65直流辉光放电特性：直流辉光放电特性：66直流辉光放电特性：直流辉光放电特性：67直流辉光放电特性：直流辉光放电特性：68法拉第暗区法拉第暗区直流辉光放电特性：直流辉光放电特性：69直流辉光放电特性：直流辉光放电特性：70辉光

32、放电产生的条件：辉光放电产生的条件：在放电开始前，放电间隙中电场是均匀的，或至少是没有很大的不均匀性。辉光放电过程主要靠阴极上发射电子的过程来维持。放电气压一般需要保持在4-10-4Pa范围内。因pd不同，击穿电压及放电状态各异。辉光放电电流密度一般在10-1-102mA/cm2,而电压一般在300-5000V，属于高电压小电流密度放电。与此相应，放电回路中的电流和电阻应允许通过数百毫安的电流。交流辉光放电：交流辉光放电：当在放电管的两个电极上施加低频（小于100Hz）的交流电场时，每个电极交替作为阴极和阳极。如果半个周期中施加的电压超过击穿电压，就得到交流辉光放电。71弧光放电：在异常辉光放

33、电的基础上，进一步增加放电电流，达到某一电流值，放电电压急剧下降，即由辉光放电过渡到弧光放电。7273弧光放电类型：弧光放电类型：低气压弧光放电：存在于比103 Pa气压低的气体和蒸汽中的电弧，又叫真空电弧。弧柱中的电子温度高达104-105K。高气压弧光放电：存在于高于103 Pa气压的气体和蒸汽中的电弧。弧光放电的极间电圧一般仅1050 V，而电极上的电流密度可达1000 A/cm2。74高频放电：在前面介绍的直流辉光放电装置，在刻蚀及溅射等处理操作中，若在阴极上放置玻璃基板及电介质等绝缘体，放电一旦开始，绝缘体表面会立即带上正电荷，从而离子不能继续向阴极入射。没有离子对阴极的轰击，不能产

34、生维持直流辉光放电所必需的过程，放电自然会停止。通过交替改变放电电极的极性，可以避免这种现象的出现，一般采用高于100kHz的高频电源，常用的放电电源频率为13.56MHz在射频区域，所以往往称作射频放电或高频放电。75高频等离子体的输入装置有两种耦合方式：电感耦合型、电容耦合型76射频放电的优点：射频放电的优点：射频放电等离子体既可以用导电的电极激发，也可以用不导电的电极激发。射频放电等离子体既可以用内电极维持，也可以用外电极维持。射频放电等离子体具有较高的离化效率 射频放电等离子体可以在较低的气压下维持 射频放电等离子体中，离子轰击样品的能量可以通过负偏压控制，在很宽的范围内调节。77随着

35、微电子技术的进步，半导体器件进一步向高集成度、超微细化和大面积化方向发展，为适应这方面的需求，迫切需要开发新的等离子体源。其主要要求有三条：高密度、大口径、低气压。目前正在积极阴极开发的主要有：电子回旋共振ECR等离子体螺旋波激发等离子体感应耦合型等离子体。向等离子体中输入功率都是利用外部加的高频波或微波，通过介电体跟等离子体进行电磁耦合来完成，又称微波放电。微波放电利用的是被电磁场捕集电子的作用，也就是说不必将放电电极置于放电室也能维持放电。78问题问题1 1、低气压放电的伏安特性曲线是什么样的、低气压放电的伏安特性曲线是什么样的，每个放电区的特点如何。，每个放电区的特点如何。2 2、弧光放电与辉光放电特征的主要差别是、弧光放电与辉光放电特征的主要差别是什么。什么。3 3、汤生理论是如何解释气体放电过程的。、汤生理论是如何解释气体放电过程的。4 4、什么是低温等离子体。、什么是低温等离子体。79