ECR等离子体08

收稿日期:1998210211.汪建华,男,1955年生,副教授;武汉,武汉工业大学材料复合新技术国家重点实验室(430070).3国家自然科学基金资助项目(19175046).微波ECR 等离子体高速溅射装置的研制3汪建华　袁润章武汉工业大学材料复合新技术国家重点实验室邬钦崇　任兆杏中科院等离子体物理研究所摘　要　研制了一台高速率溅射的ECR 等离子体沉积装置.采用微波真空波导及反常模式或输入技术,利用腔内双靶构成的电场镜,使高能Χ电子在电场镜中振荡,从而获得高密度的等离子体.并且,导电膜能连续高速沉积,在2.7×10-2Pa 的低气压下,铜膜的沉积速率可达120nm m in .关键词　ECR 等离子体;高速溅率;电场镜分类号　TN 304.05 用微波ECR 溅射技术已成功地制备出高质量的ZnO ,A l N ,A l 2O 3和T i N 薄膜[1,2],然而,采用常规的ECR 溅射法在溅射过程中,金属粒子会覆盖微波输入窗口,影响装置的正常工作,必须要定时更换石英窗口.另一方面,由外磁场在腔内产生的磁通会穿过圆筒靶表面,绕着磁力线作圆周或螺旋运动的电子,很容易撞在腔壁被复合消耗,使靶的溅射速率低,影响薄膜的沉积速率.为此,研制了一台新型的ECR 溅射装置.本文介绍该装置的原理、结构和性能,研究了装置的溅射放电特性及在薄膜制备中的初步应用.1　实验装置及靶的结构特点1.1　实验装置由图1可见,频率为2.45GH z 的微波,经过图1　双靶结构的ECR 溅射装置垂直连接在共振腔壁上的真空波导,以反常波模式耦合进入腔内,共振腔长290mm ,直径为<150mm ,共振腔外绕有冷却腔体的通水铜管,在共振腔与沉积腔之间设置一平面靶<120mm ,圆筒靶<70mm (圆筒靶长60mm ),两靶之间的距离可以调节,靶基座和圆筒靶之间放有软铁环和不锈钢环,工作气体为A r ,靶材为Cu ,共振腔内产生的等离子体由发散场引入沉积室,等离体诊断使用单探针.1.2　磁控方式溅射用的圆筒靶结构将筒状靶设计成磁控溅射的方式,即利用磁场来改变电子的运动轨道将它较长时间地约束在靶表面附近,这样不但可以减少电子的散失和消耗,而且还可以增加它在靶上的运动路程,使电子与等离子体的碰撞几率和离化效率增加,从而提高气体的离化率.圆筒状溅射靶结构示如图2,靶与一个接地直流电源的靶基座相接,并且用水冷却靶基座,靶由5个支持环支撑,四个用软铁制作,中间的用不锈钢制作.图2　圆筒靶的结构和磁场的示意图1—圆筒靶;2—铁环;3—不锈钢环;4—磁力线;5—局部磁场;6—磁控管放电区域;7—发散磁场由图2可见,由于利用了4个软铁支撑环,发第27卷第2期 华　中　理　工　大　学　学　报 V o l .27　N o.21999年　2月 J.H uazhong U n iv .of Sci .&T ech . Feb .　1999散磁场在靶表面上容易形成局部磁场,此局部磁场有效地产生磁控放电(E ×B ).为了形成等离子体流仍维持发散磁场,局部磁场从靶表面扩张很小,实验观察到放电时,圆筒靶表面有2个界限分明的明亮光环,每条光环长度对应着铁环的长度.这表明:靶表面形成的局部磁场产生了磁控放电,在靶表面上形成了高密度的等离子体.1.3　电场镜2双靶溅射结构微波从侧面输入进入共振腔,对解决微波窗口的污染是行之有效的[3].因为微波输入窗口置于靶的死角,能避免金属粒子对窗口的污染.但该法的微波以X 模式耦合进入共振腔,产生的等离子体密度N e 受截止区的影响,不可能像R 模式波耦合到共振腔所产生的等离子体密度那样高,因而会使靶的溅射速率受到影响,为提高共振腔内的等离子体密度和靶的溅射速率,在新型ECR 溅射装置中,采用了双靶结构,即圆筒状靶和一平面靶.当两靶有负电压时,则构成一电场镜,如图3所示,由图可见,从靶表面发出的Χ电子被加速到相对面的靶上,到达对面靶的电子由于受靶的图3　有电场镜的ECR 溅射装置中的电子运动图负电压作用而被反射,因此,高能Χ电子在靶的电位势阱中振荡,加速了两靶之间的中性气体的电离,在有电场镜的ECR 等离子体中,电子与微波等离子体有直接的相互作用[4,5].两靶之间振荡的电子形成的电子束和等离子体之间的相互作用相同于空间电荷(Ξb +ΒV b )与等离子体波(Ξ),或相同于减慢回旋波(Slow Cyclo tron W ave )(Ξc +ΒV b )与等离子体波(Ξ)的作用.这里Ξb 为Χ电子的等离子体电子频率;Ξc 为Χ电子的回旋频率;Β为电子束的波数;V b 为Χ电子的初速度;当等离子体波频率与空间电荷波或减慢回旋波相等时,即Ξ=Ξb +ΒV b 或Ξc +ΒV b 时,相互作用增加.由于Χ电子在两个靶之间振荡,Β=n Π z ,z 为靶距.当不连续的n 为整数满足此方程时,电子束和等离子体之间的相互作用交替增长,在这里等离子体波的频率Ξ近似为磁场中上混杂波频率(Ξ2P +Ξ2c ),ΞP 为等离子体电子频率.因此,在电镜场中,不仅有电子和等离子体中的中性粒子之间的直接碰撞电离,还有电子束和等离子体之间的非线性相互作用[6],从而得到高密度的等离子体.这种双靶结构对产生高速溅射起到重要作用.2　实验结果与讨论2.1　溅射放电特性图4给出电场镜型ECR 溅射装置放电的伏安特性曲线,放电条件:气体压强P =1.3×10-2Pa ,微波功率保持在360W ,磁场电流I m =(a )当V c =-640V 时,筒靶　(b )当V p =-420V 时,流I c (圆圈)和平面靶流I c (圆圈)和I p (圆I p (圆点)与平面靶压之点)与筒状靶压之间的关系间的关系图4　电场镜型ECR 溅射装置放电的伏安特性曲线210A .平面靶压V p 与平面靶流(I p ),平面靶压V p 与筒状靶流(I c )之间的关系由图4(a )给出,这里筒状靶的电压V c =-640V .当V p =-420V 时,平面靶靶流I p ,筒状靶靶流与筒状靶靶压之间的关系由图4(b )给出.由前所述,该溅射放电是微波ECR 等离子体和有电场镜的等离子体的混合产生的.由图4(a )可见,I c 和I p 随着V p 的增加而增加;当V p 为400V 时,I c 和I p 达到峰值,随着V p 的继续增加,I c 和I p 呈下降趋势,V p 再增加至600V 以后,I c 和I p 又将增加.图4(a )中,靶电流的峰值的出现,可能意味着两个靶之间形成的电子束在产生高密度的等离子体中起主要作用,即放电曲线的起伏表明放电效率随靶压(即Χ电子的速率)起伏变化.由图4(b )可见,筒状靶靶压较低时,靶流(I p 和I c )较小,当靶压高于450V 时,靶电流急剧增大,对沉积腔的等离子体参数,用单探针进行了测量,在气压1.3×10-2Pa 范围,P w =400W ,典型的等离子体参数为:等离子体密度N e =2.6×1010c m -3,电子温度为21eV ,等离子体悬浮电位V f 为-64V .2.2　薄膜的沉积用该装置作了金属Cu 薄膜的沉积实验,结果表明:在低气压2.7×10-2,微波功率为17第2期 汪建华等:微波ECR 等离子体高速溅射装置的研制 400W时,薄膜的沉积速率可达120nm m in.如果继续提高微波功率则可获得更高的速率.2.3　讨论所研制的高速率溅射的ECR等离子体装置,具有以下的特点.a.微波从侧面经过一段真空波导管,进入共振腔,从而避免了金属粒子对石英窗口的污染.b.腔内的发散形磁场仍由腔外线圈产生,但在圆筒靶后面加了铁环,从而在靶表面形成了局部磁场,能有效产生磁控放电,提高了靶的溅射速率.c.腔内的双靶构成一电场镜,通过高能Χ电子在电位势阱中的振荡能形成电子与微波等离子体之间相互作用,从而获得高密度的等离子体,它对产生高速溅射起了重要作用.利用该装置溅射制备的Cu膜沉积速率可达120nm m in,实现了膜的快速沉积,可望为高质量薄膜的制备提供一种实用的新手段.参考文献1　汪建华,邬钦崇,任兆杏.微波电子回旋共振等离子体溅射法沉积ZnO薄膜.武汉化工学院学报,1997,19(1):84～872　汪建华,邬钦崇,任兆杏.微波ECR等离子体反应溅射沉积T i N薄膜的研究.武汉化工学院学报,1997, 19(1):239～2433　汪建华,袁润章,邬钦崇等.X模耦合微波的ECR溅射装置的放电特性.华中理工大学学报,1998,26(8): 53～554　M atsuoka M,O ne K.A N ew Spu ttering2T ypeE lectron Cyclo tron R esonance M icrow are P las m aU sing an E lectric M irro r and H igh2R ate D epo siti on.J.A pp l.Phys.,1989,65(11):4403～44095　M atsuoka M,O ne K.I on Ex trocti on from M icow ave P las m a Excited by A rdinary and Ex traodinang W aves and A pp licati on s to the Spu ttering D epo siti on.J.V ac.Sci.T echno l.,1991,A9(3):691～6956　M atsuoka M,O ne K.D en se P las m a P roduceti on fo rH igh R ate Spu ttering byM ean s of an E lectricM irro r.A pp l,Phys,L ett,1988,53(21):2025～2028A Study of the H igh Ra te Sputter i ng-Type ECRM icrowave Pla s ma Appara tusW ang J ianhua　Y uan R unz hang　W u Q inchong　R en Z haox ingAbstract　A h igh rate sp u ttering2typ e ECR m icrow ave p las m a app aratu s has been studied.T he app aratu s is characterized by u tilizing a techn ique vacuum w avegu ide and an ex trao rdinary w ave m ode coup ling u sing an electric m irro r by m ean of the tw o targets in the cavity.T he h igh energyΧelectron o scillating betw een the tw o targets p lay a m aj o r ro le in generati on the den se p las m a.T he conducto r fil m can be con tinuou sly depo sited by th is sp u ttering m ethod at h igh rate.Cu fil m is depo sited at rates above120nm m in under low gas p ressu res of2.7×10-2Pa.Keywords　ECR p las m a;h igh rate sp u ttering;electric m irro rW ang J i anhua　A ssoc.P rof.;State Key L abo rato ry of A dvanced T echno logy fo rM aterials Syn thesis and P rocessing,W U T,W uhan430070,Ch ina.27 华　中　理　工　大　学　学　报 1999年。

(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201610103436.2(22)申请日 2016.02.25C23C 14/35(2006.01)(71)申请人深圳大学地址518060 广东省深圳市南山区南海大道3688号(72)发明人刁东风 范雪 陈成(74)专利代理机构深圳市君胜知识产权代理事务所 44268代理人王永文 刘文求(54)发明名称一种ECR 等离子体溅射装置及其溅射方法(57)摘要本发明提供了一种ECR 等离子体溅射装置及其溅射方法，包括从左至右依次设置的微波发生器、等离子体室、成膜室及预真空室；所述微波发生器依次通过微波导管及石英窗与等离子体室相连；所述等离子体室的外侧设置有第一磁线圈和第二磁线圈；所述成膜室的外侧设置有第三磁线圈；所述成膜室的近等离子体室端的等离子体室右侧电子回旋共振磁场处设置有圆筒形固定靶材，所述成膜室的近预真空室端设置有基板；所述圆筒形固定靶材通过靶材电源接地。

本发明通过确定成膜室中圆筒形固定靶材和基板的位置关系，在封闭和发散两种磁场模式下都能够获得稳定的等离子体，以及最好的电子和离子照射效果。

(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书7页 附图5页CN 105624624 A 2016.06.01C N 105624624A1.一种ECR等离子体溅射装置，其特征在于，包括从左至右依次设置的微波发生器、等离子体室、成膜室及预真空室；所述微波发生器依次通过微波导管及石英窗与等离子体室相连；所述等离子体室的外侧设置有第一磁线圈和第二磁线圈；所述成膜室的外侧设置有第三磁线圈；所述成膜室的近等离子体室端的等离子体室右侧电子回旋共振磁场处设置有圆筒形固定靶材，所述成膜室的近预真空室端设置有基板；所述圆筒形固定靶材通过靶材电源接地。

2.根据权利要求1所述ECR等离子体溅射装置，其特征在于，所述等离子体室上设置有真空气路。

ecr 等离子体解离二氧化碳ECR (电子循环共振) 是一种高频电磁波加热技术，可用于解离二氧化碳 (CO2) 等离子体。

本文将介绍ECR技术的原理、应用和优势。

一、ECR技术原理ECR技术利用高频电磁波与等离子体中的电子发生共振，进而加热等离子体，提高其能量，从而实现解离。

在ECR装置中，等离子体通常由电子、离子和中性粒子组成，其中电子是主要的能量携带者。

ECR技术主要包括以下几个步骤：1. 提供高频电磁波：通过微波源产生高频电磁波，并通过波导传输到ECR装置中。

2. 电磁波与等离子体共振：高频电磁波在ECR装置中形成一个磁场，与等离子体中的电子发生共振，加速电子的运动。

3. 电子加热等离子体：共振加速的电子与等离子体发生碰撞，将能量传递给等离子体，使其温度升高，从而实现解离二氧化碳等反应。

二、ECR技术应用1. 化学合成：ECR技术可用于化学合成过程中的二氧化碳解离，提供反应所需的离子能量，加速反应速率，提高产物纯度。

2. 环境保护：二氧化碳是温室气体的主要成分之一，ECR技术可用于二氧化碳的解离和转化，从而减少温室气体排放，并探索二氧化碳的再利用途径。

3. 能源开发：ECR技术可用于氢能源的生产，通过解离二氧化碳获得氢气，作为清洁能源的替代品，减少对传统化石燃料的依赖。

三、ECR技术的优势1. 高效能量传递：ECR技术通过共振加速电子，实现了高效能量传递给等离子体，提高了解离效率。

2. 温和反应条件：ECR技术在解离过程中对反应体系施加的热量较小，可以避免一些传统热解反应中的副反应和能量损失。

3. 环境友好：ECR技术可利用二氧化碳等废弃气体进行解离，减少了对环境的污染，并有助于实现废物资源化利用。

ECR技术是一种利用高频电磁波加热等离子体的技术，可用于解离二氧化碳等反应。

它具有高效能量传递、温和反应条件和环境友好等优势，适用于化学合成、环境保护和能源开发等领域。

随着对清洁能源和环境保护的需求不断增加，ECR技术有望在未来得到更广泛的应用和发展。

电子回旋共振等离子体(Electron CyclotronResonance,ECR)z ECR等离子体源发展历史：（1）微波电源的发展1921： 磁控管 1939：速调管（2）二战中微波技术的迅速发展雷达（3）微波灶的普及 1960-1970微波电源价格大幅度下降（4）1970年代前期：高温核聚变等离子体微波加热后期：日本，捷克 低温等离子体应用（5）1980 集成电路芯片刻蚀加工：低气压高密度等离子体源竞争ECR,ICP.Helicon.Hitachi, Astex.z ECR等离子体源结构:z 微波电子回旋共振加热原理（a）微波ECR 等离子体内的有效电场B 0 0≠()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+−+++=2222222112~c c c c ceffv v v E E ωωωω [对比] B 0=022222~cc effv v EE +=ω特性电子回旋频率附近，击穿电场显著降低。

实验结果：回旋运动角频率ωce= eB0/m e =ωwave(b)ECRplasma 中微波传输及吸收的主要特性---微波ECR 等离子体为各向异性介质,沿磁场方向传播的TE 波将分为右旋偏振波和左旋偏振波,色散关系为：n2R=1-(ω2pe/ (ω - ωce)ω)n2L=1-(ω2pe/ (ω + ωce)ω)右旋波的共振和截止条件为:ωce/ω =1 (共振条件: n R =∞)ω2pe/ω2=1-ωce/ ω(截止条件: n R =0)----微波不同馈入模式的结果低场馈入：图中路径a-----> 右旋波在低密度区截止（对应的临界密度n crit= n c (1 - ωce/ω)----->低密度高场输入：图中路径b,没有高密度截止------>高密度运行条件-------共振区中右旋波的共振吸收功率P abs (r,z) = P input(r,z)[1-exp(-πη)]η = ω2pe/ ωcα , c 为光速, α =1/B0(r,z )dB(r ,z )/dz .------〉共振吸收功率,不仅与微波场分布,而且还与磁场位形有关。

读《离子的喷泉——电子回旋共振离子源》张翔2011年8月29日1.离子源的相关基本知识：1.1 离子源概说：原子是由原子核和核外电子构成，当原子核外层电子被剥掉一个或几个，即形成了离子。

被剥离的电子数目称为离子的电荷态。

一台离子源的性能根本上是由电离室（放电室）内等离子体的性质决定的。

而等离子体的性质与下列因素密切相关：周围的磁场和电场分布；放电室表面状况及伴随所发生的相关效应；放电室内工作气压；为加工离子源所涉及到的工艺。

从离子源中引出的离子束必须在真空管道中传输，管道内真空度必须足够好，一般要求它的密度比大气密度的十亿分之一还要小。

否则管道内剩余气体的原子会与离子束的离子“碰撞”，使离子从剩余气体的原子中俘获电子而损失掉。

从离子源中喷射出来的离子并不都是沿着平行于管道中心轴线运动，而是与中心轴线成一定的夹角，也就是说，从离子源中出来的离子有一定的发散度，如果没有外界力的作用使其改变方向，则随着传输距离的增加，许多离子就会打到管壁上损失掉。

在这一点上，离子束与光束很类似，为了防止发散，都需要利用透镜聚焦束流。

聚焦透镜一般都是利用电场或磁场使带电粒子在横向受一定的作用力，从而迫使带电粒子靠近中心轴线。

离子源系统一般是由：放电室，引出部分，聚焦透镜，分析选择器，和测量部分组成。

其中分析选择器是用于筛选不同同位素和电荷态离子的，与以前学的速度选择器不同。

1.2 离子的产生：我们知道，当原子中的电子从外界获得能量时，可以从低能级跃迁到高能级，这种原子称为受激原子。

当这种能量大到一定数值时，原子中的外层电子就可逃脱原子核的束缚，变成自由电子。

我们称这种情况的原子被电离成自由电子和正离子。

原子被电离的方法有很多，可以通过电子与原子的碰撞（将电子的动能部分地转移给原子，使其激发，物理机制是量子力学的内容）；原子和原子的碰撞；光子对原子的作用；电子或离子作用在固体表面；固体电极表面电场非常强时，也会由表面释放出电子，产生电离。

ecr工艺技术ECR（Electron Cyclotron Resonance）工艺技术是一种用于薄膜的等离子体反应装置，可以用于制备各种材料的薄膜。

ECR 工艺技术的主要特点是在较低的压力和较高的离子能量下工作，可以制备高质量的薄膜，并且具有较好的化学均匀性和析出速率控制能力。

ECR工艺技术的核心是磁场加热，通过在强磁场中加热，使气体分子的速度变得更快，进而增加碰撞频率，激发更多的电子与离子发生碰撞。

当电子的运动与磁场频率的一半相匹配时，会发生电子回旋共振现象，产生高能量的电子和离子。

这些高能量的粒子可以提供足够的活化能量，使得反应发生在较低的压力下，并且薄膜生长速率较快。

在ECR工艺技术中，通常使用微波功率来激励等离子体反应，通过调节微波功率的大小和频率，可以控制反应的浓度和速率。

此外，还可以通过改变工作气体的种类和流量来控制反应的化学成分。

ECR工艺技术可以广泛应用于各种材料的薄膜制备，如金属薄膜、半导体薄膜、氧化物薄膜等。

以金属薄膜为例，ECR工艺技术可以制备出具有高致密性、较低的残余应力和较好的粘附性的金属薄膜。

这是因为在ECR工艺技术中，高能量的离子可以提供足够的动能，使金属原子到达衬底表面时具有较高的动能，从而能够更好地扩散和冷却，形成致密性更好的薄膜。

此外，ECR工艺技术还具有一些其他优点。

首先，ECR工艺技术能够在较低的温度下进行制备，减少了材料的热影响区域，有利于保持材料的原有性能。

其次，ECR工艺技术可以在各种基片上进行薄膜制备，如陶瓷、玻璃、聚合物等，具有较好的适应性。

此外，ECR工艺技术的设备相对较小，不需要复杂的设备和环境，操作相对简单。

综上所述，ECR工艺技术是一种用于薄膜制备的重要工艺技术，具有很高的应用价值。

它通过磁场加热和微波功率激励等方式，可以在较低的压力和较高的离子能量下制备高质量的薄膜。

它的广泛应用可以满足各种材料的薄膜制备需求，并且具有较好的化学均匀性和极高的析出速率控制能力。

本章主要内容第6章 等离子体的生成方法6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 各种直流放电方法与放电模式 辉光放电与低温等离子体 电弧放电与热等离子体 高频放电产生等离子体 微波放电产生等离子体6.1 各种直流放电方法与放电模式•直流放电法– 冷阴极放电 – 热阴极放电 – 空心阴极放电 – 磁场辅助放电（磁控管放电）" 直流放电的特征：1. 电极上所加电压在极性上是恒定的，正电位端为阳极、负电位为阴极； 2. 等离子体的生成与维持主要通过阴极鞘层中的电子加速和等离子体中的 焦耳加热来实现；• 冷阴极放电与热阴极放电的区别– 冷阴极放电依靠阴极的二次电子发射来维持放 电，热阴极依靠阴极本身的热电子发射来维持放 电； – 热阴极放电需要较高的阴极温度 （1000‾3000oC），但在低气压（如0.1Pa）下 仍能维持放电； – 冷阴极放电需要较高的着火电压与放电维持电压 （用于加速离子），而热阴极放电的放电维持电 压较低； – 冷阴极放电器件不需要加热灯丝有较长的寿命， 且节能，热阴极放电器件有较高的功率；• 空心阴极放电的原理与优点– 阴极面积大，易于产生较高的电流密度，从而 得到高密度等离子体； – 空心阴极放电的阴极属冷阴极，依靠二次电子 发射维持放电； – 空心阴极有利于提高电离效率• 径向电子运动在一定条件下可以维持很长的寿命， 从而增加其参与电离的次数（条件：平均自由程大 于圆筒半径，阴极表面的鞘层厚度小于圆筒半径， 电子在另一侧鞘层内被反射） • 阳极面积小，可以减少阳极对电子的吸收，加强放 电；• 利用磁场的潘宁电离规– PIG, (Penning ionization gauge)； – 磁场(～0.1T)辅助放电器件适合用于压强很低 情况下（10-4Pa）放电; – 磁场起引导作用，使其在两端阴极之间来回运 动，增长其寿命，加强放电； – 属冷阴极放电，二次电子维持放电；• 磁控管放电– 属冷阴极放电，二次电子维持放电； – 阴极表面的磁场与正交电场使电子产生E×B漂移，电子作旋 转式摆线运动，增长了电子的寿命； – 主要应用：磁控 溅射 – 参数范围：气压 mTorr，放电电 压几百伏 – 高能离子撞击阴 极溅射出阴极材 料，堆积到对面 基板形成薄膜三耙磁控溅射仪• 直流放电模式– 标准直流放电模式（V-I关系，伏-安特性）提示：电压可调节，电阻会分压• 直流放电模式分析– a‾b: 放电开始阶段，电流随电压的升高而增加，形成 的微弱电流不稳定（暗流）； – b‾c: 着火阶段，到达着火电压后，电流迅速增大，c点 即放电着火状态； – c‾d: 前期辉光放电阶段，电流增大，电压却下降，产 生负阻（原因：等离子体密度的增加使等离子体电阻 变小）； – d‾e: 正常辉光放电阶段，增大电流，电压一定（原因： 电流密度一定，导电面积增加）； – e‾f: 反常辉光放电阶段，电压随电流增大（导电面积 饱和）； – f‾g: 过渡到弧光放电；" c~f过程可以看到等离子体的辉光现象，故称这种放电为辉光放电（glow discharge）6.2 辉光放电与低温等离子体•辉光（glow）明亮、温暖而又稳定的光；•是直流放电中的一种形态，常见于低温冷等离子体（低温、非平衡）；•日光灯、PDP中的放电都属于辉光放电；•近年半导体加工工艺中用到的高频放电也会产生类似现象，称为射频(RF)辉光放电•辉光放电的放电特征–发光区域的划分–外加直流电压主要加在阴极到负辉区之间(d c )–p d c 对应帕邢曲线最小着火电压处的值–负辉区和法拉第暗区出现的理由–正柱区是准中性的等离子体区域–阳极附近存在阳极暗区，是阳极鞘层（电子鞘层）6.3 电弧放电与热等离子体•电弧放电–气体放电中最强烈的一种自持放电，当电源提供较大功率的电能时，若极间电压不高（约几十伏），两极间气体或金属蒸气中可持续通过较强的电流（几安至几十安），并发出强烈的光辉，产生高温，这就是电弧放电；–电弧是一种常见的热等离子体（T=T i，平衡）；e–电弧放电最显著的外观特征是明亮的弧光柱和电极斑点，电弧分短弧和长弧；–在外力作用下，如气流、磁场，电弧会迅速移动、拉伸或蜷曲；–电弧放电中阴极电子的发射方式一般为热电子发射或场致发射用于生成碳纳米管的100A电弧体育场用弧光照明系统汽车的氙气灯电弧形貌电弧照明160kV下的强电弧，电极间距30cm电弧喷涂电弧焊接•热电子发射电弧放电–在辉光放电中，随着放电电流的增大，大量高能量等离子体碰撞阴极使其温度上升–阴极热电子发射满足Richardson-Dushman方程，其饱和电子发射流随温度升高而增大–当放电的V-I特性曲线与外电路的负载直线相交时，放电电流趋于稳定–阴极材料选择对实现弧光放电很重要，常见的有钨、钼等Richardson-Dushman方程•场致发射弧光放电–在常温状态下，对阴极表面施加强电场，由于隧道效应，电子从阴极发射出来；–当等离子体电位达到100V以上时，接地等离子体容器内的污染表面容易出现许多闪烁辉点，这也是一种场致发射引起的电弧放电－微电弧；–在很多场合下，热电子发射和场致发射兼有；–典型应用：水银电弧。