辉光放电与等离子体
辉光放电等离子体与电容耦合等离子体的区别
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低温等离子体产生方法辉光放电
辉光放电（Glow Discharge）
辉光放电属于低气压放电（low pressure discharge)，工作压力一般都低于10mbar，其构造是在封闭的容器內放置两个平行的电极板,利用电子将中性原子和分子激发,当粒子由激发态(excited state）降回至基态（ground state)时会以光的形式释放出能量。
电源可以为直流电源也可以是交流电源.每种气体都有其典型的辉光放电颜色(如下表所示)，荧光灯的发光即为辉光放电。
因此,实验时若发现等离子的颜色有误，通常代表气体的纯度有问题，一般为漏气所至。
辉光放电是化学等离子体实验的重要工具，但因其受低气压的限制，工业应用难于连续化生产且应用成本高昂，而无法广泛应用于工业制造中。
目前的应用范围仅局限于实验室、灯光照明产品和半导体工业等。
(To top）
部分气体辉光放电的颜色
部分气体的辉光放电实例。
气体辉光放电与等离子体物理
气体辉光放电与等离子体物理气体辉光放电是一种发光的现象，在低压下，通过在气体中施加电场而产生的等离子体导电现象。
这种现象在我们日常生活中随处可见，例如荧光灯、氖灯等。
气体辉光放电的研究不仅仅是对这种现象的深入理解，也是研究等离子体物理的重要一环。
辉光放电的基本原理是：当在两个电极之间施加高电压时，电场足够强以致将气体分子电离，形成正负离子对。
这些离子在电场的作用下加速运动，在与气体分子碰撞或与其他离子碰撞时，发生能量交换，导致离子再次发射能量。
这一能量会以光的形式辐射出来，形成气体辉光放电现象。
气体辉光放电的研究对于等离子体物理的发展至关重要。
等离子体是第四态物质，由正、负离子和电子组成，具有导电性和态密度较高的特点。
由于气体辉光放电是一种产生等离子体的方法，在研究等离子体的性质和应用方面有着广泛的应用。
首先，气体辉光放电可以用于研究等离子体的基本性质。
通过在气体中加入适量的斯塔克效应试剂，可以调整电子及离子能级。
通过测量气体中的辉光发射光谱，可以得到气体中的能级分布、相互作用以及辉光强度等信息。
这些数据可以帮助我们进一步理解等离子体的行为规律。
其次，气体辉光放电还是等离子体制备中的一种常用方法。
利用气体辉光放电可以产生强度较高的等离子体，进而用于材料表面处理、等离子体光谱研究以及等离子体化学反应等方面。
例如，利用气体辉光放电可以有效地去除材料表面的有机物污染，并增加其表面能，从而提高材料的附着力和光学性能。
此外，气体辉光放电还在环境污染治理、能源利用等方面发挥着重要的作用。
在环境污染治理方面，气体辉光放电技术可以用于废气处理、废水处理以及固体废弃物处理等。
这是因为气体辉光放电在等离子体化学反应中产生了一系列活性物种，可以高效地降解有机物、净化废气和废水。
在能源利用方面，将气体辉光放电与等离子体催化相结合，可以提高气体转化效率，实现能源的高效利用。
总之，气体辉光放电是一种发光现象，通过在气体中施加电场产生等离子体物理现象。
辉光放电等离子体处理
辉光放电等离子体处理
辉光放电等离子体处理是一种常用于处理表面粗糙度、改善材料表面性能以及清洁材料表面的技术。
它利用高电压放电产生的等离子体来对物体表面进行处理。
在辉光放电等离子体处理中，首先需要将待处理的物体放置在一个真空室中。
然后，通过加大真空室中的气体压力和施加高电压，使气体分子发生电离并形成等离子体。
等离子体中的活性物种，如电子、阳离子、阴离子等，与物体表面发生碰撞，并产生各种效应。
辉光放电等离子体处理可以用于不同材料的表面处理。
例如，对于金属材料，等离子体处理可以通过溶解、腐蚀和沉积等方式改变金属表面的形貌和性质。
对于聚合物材料，等离子体处理可以增强材料表面的润湿性、改善附着力、增加表面能等。
辉光放电等离子体处理的优点包括：处理速度快、效果稳定、处理过程无需直接接触物体，避免了机械损伤等。
然而，由于处理过程中会产生大量的臭氧等有害物质，需要进行有效的排放和防护措施。
总的来说，辉光放电等离子体处理是一种有效的表面处理技术，广泛应用于材料科学、电子工程、化学工程等领域。
辉光放电的原理及应用
辉光放电的原理及应用辉光放电是一种电现象，指的是在低压条件下，在气体或气体混合物中，通过电场作用引发的气体电离现象。
辉光放电的原理是基于电子的激发和电离，它的应用广泛，包括荧光灯、氖氮激光器、等离子体显示器、高压放电杀菌等领域。
1.初级电离：在电源施加电场后，电子会被电场加速，并与气体分子相互碰撞。
当电子具有足够的动能时，它们可以将气体分子击碎，并释放出更多的电子。
这个过程被称为初级电离。
2.二次电离：释放的电子会与更多的气体分子相互碰撞，将它们也击碎并释放出更多的电子。
这个过程被称为二次电离。
不断的电离过程会导致电子数的指数增长，形成一个电子数密度很高的电子云。
3.正离子产生：在电场中，电子和阳离子受到电场的作用而朝着相反的方向运动。
在这个过程中，电子和阳离子会与分子发生碰撞，使得分子失去电子并变成正离子。
4.辉光的产生：当正离子重新结合时，辐射出辉光。
这种可见光辉光的颜色取决于气体的种类和中性分子的振动和旋转等能级结构。
1.荧光灯：荧光灯通过辉光放电将电能转化为可见光。
荧光灯的内部有一个玻璃管，内部充满了荧光粉。
当电场作用于荧光粉时，辉光放电激发了荧光粉并产生可见光。
相对于传统的白炽灯，荧光灯能够更高效地转化电能为光能。
2.氖氮激光器：氖氮激光器利用辉光放电产生激光。
氖气和氮气通常被充满在气体激光器管中。
施加电场后，辉光放电会在气体管内产生，通过激光共振效应，产生出一束高能量、单色、相干的激光光束。
3.等离子体显示器：等离子体显示器是一种新型的显示技术，利用辉光放电产生的等离子体来发光。
等离子体显示器能够提供更高的亮度、更快的刷新率和更广的可视角度。
4.高压放电杀菌：辉光放电产生的加热作用和电离作用可以对水和空气中的细菌和病毒进行灭菌。
这种技术可以应用于饮用水净化、食品处理等领域。
总结起来，辉光放电是一种气体电离现象，利用电场作用产生的电子激发和电离来产生光和等离子体。
通过合理地控制电压和气体种类等参数，辉光放电可以应用于荧光灯、激光器、等离子体显示器和高压放电杀菌等各种领域。
辉光放电等离子体诊断
(5)、探针表面没有热电子和次级电子的发射。
则：对于插入等离子体的单探针有：
随机电流： ，Байду номын сангаас
根据玻耳兹曼定理：
电子密度
式中：Vp为探针电位，Vs为等离子体电位
所以：探针电流
而对于插入等离子体的双探针有：
设探针的面积分别为A1,A2；电位为V1,V2；电压V=V1-V2≥0。
c:等离子体频率：表示等离子体对电中性破坏的反应快慢，是等离子体震荡这种集体效应的频率为。
粒子震荡频率：
电子震荡频率：
d:德拜长度：等离子体内电荷被屏蔽的半径，表示等离子体内能保持的最小尺度。当电荷正负电荷置于等离子体内部时就会在其周围形成一个异号电荷的“鞘层”。
德拜长度：
2、等离子体参数的静电探针诊断原理
流过探针1，2的离子和电子电流分别为：i1+，i1-，i2+，i2-。
对双探针整体为悬浮的故：
则从2流入1的电流为：
，
所以：
故：
大致I-V函数关系曲线见下图：
由此可知：电子温度：
等离子体密度：
注：
图11、理想双探针曲线
三、实验仪器：
DH2005直流辉光等离子体实验装置
1、总电源开关2、冷却水电源开关3、真空泵电源开关4、电阻真空计开关5、高压电源开关6、探针电源7、高压调节旋钮8、高真空微调阀9、隔膜阀调节旋钮10、工作选择开11、电流量程选择开关12、探针电压调节电位器(粗调) 13、探针电压调节电位器（细调）14、放电管电压测量表15、辉光电流测量表16、击穿电压测量表17、暗电流测量表18、探针电压表19、探针电流表20、电阻真空计21、转子流量计22、总电源指示灯
直流辉光放电等离子体参数的测量及分析
3.2数据处理和分析
根据表1，作出辉光放电管等离子区的特性曲线，如图4所示。
等离子子区特性曲线
3.2数据处理和分析
从图中可以看出，在曲线AB段，探极电压升高时，探极电流几
乎不变化。这是因为在AB段，探极电压比探极所在空间电位小的 多，在探极周围形成了正离子鞘层，探极的电力线仅作用在鞘层内
的正离子，不能跑出层外，正离子靠热运动到达探极，单位时间内
从式（10）可以看出等离子的电子浓度受探极电流的影响，当探极电 流达到饱和时，电子浓度达到1010cm-3,这说明了等离子区发生了气体发 生了高度电离，从（7）式的结果来看，电子的温度达到几万度，但玻璃 管并未被软化，这是因为电子的质量很小，当和其他的粒子碰撞时能量 损失很小，离子和原子的平均动能小于电子，系统的整体温度不是很高。
3.3数据处理和分析
所以电流强度为：
1 k T e I N e V n e S e e e e 0 4
对上式式两边取对数得：
e ( V V s ) p
V V 1 e s e P ln I ln V n e S e e 0 4 T T k e k e
3
3.2数据处理和分析
由于电子服从麦克斯韦分布律，电子的平均速度为：
Ve
带入数据得：
8 k Te pi m e
16 4 8 1 . 38 10 7 . 73 10 8 V 1 . 06 10 ( cm / s ) e 28 3 . 1416 9 . 11 10
0
5
10
15
20
25
30
35
40
探极电 -0.18 流 （mA） 探极电 压（v） 探极电 流 （mA）
等离子体及辉光放电现象
等离子体的驱动——射频放电
微电子加工领域，等离子体可以用交流信号驱 动，电源在射频的范围内，公认的频率为13.56MHz。
电容性放电等离子体是主要的等离子源。
辉光放电
低气压下的气体放电。放电管中的残余正离子在 极间电场的作用下被加速，于是得到足够的动能撞击 阴极而产生二次电子，经簇射过程产生更多的带电粒 子，使得气体导电。因此放电管两极间所需电压较高， 一般都在10千伏以上，但辉光放电的电流很小，温度 不高，属于低温等离子nsity Plasmas（HDP)
种类： 电感耦合等离子体 磁控等离子体 电子回旋共振等离子体
产生过程： 在反应器中引入磁场和/或电场，增加电子在 等离子体中的行程，使电子和原子之间的碰撞 频率增加，从而增加等离子体中基和离子的密 度，实现高密度等离子体。
HDP源包括： 螺旋等离子源 电感耦合等离子源 平面盘绕源
放电管中的残余正离子在极间电场的作用下被加速于是得到足够的动能撞击阴极而产生二次电子阴极而产生二次电子经簇射过程产生更多的带电粒经簇射过程产生更多的带电粒辉光放电子使得气体导电
等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。高 温等离子体只有在温度足够高时发生的。低温等离子 体是在常温下发生的等离子体（虽然电子的温度很 高）。低温等离子体可以被用于氧化等表面处理或者 在有机物和无机物上进行沉淀涂层处理。广泛运用于 多种生产领域。例如：等离子电视，电脑芯片中的蚀 刻运用等。
直流辉光放电等离子体参数测量
谢谢！
主要参考资料： 《气体放电物理》 徐学基 复旦大学出版社 《Light and light sources》Peter Flesch 低温氩等离子体中的单探针和发射发射光谱诊断技术 牛田野 物理学报 第56卷第四期 Mode transitions in low pressure rare gas cylindrical ICP discharge studied by optical emission spectroscopy ,T Czerwiec J.Phys D Appl. Phys. 37,2004 2827 Characterization of argon plasma by use of optical emission spectroscopy and langmuir probe measurements Int. Riaz Ahmad. J. Mod.Phys B Vol.17 No.14 ,2003 ,2749
正柱区Ar光谱
电子温度的计算
选择能够完全分辨的763.5nm和826.5nm谱线
λ（nm） 763.5 826.5 Aji（s-1） 2.45e+7 1.53e+7 Ei（eV） 11.55 11.83 Ej(eV) 13.17 13.28 组态 3p5 4p-3p5 4s 3p5 4p-3p5 4s LScouple
因此，知道饱和离子流和零点处斜率即可求 出电子温度
I kTe eA M
eV ) 2kTe
探针吸收的饱和离子流
I eI-V曲线
dI/dV(V=0)=0.087(uA/v), I+=1.11(uA) 饱和离子流段与理论不符的原因：鞘层厚度增大 曲线没有过0的原因：两探针的面积并非完全相等
等离子体的磁约束原理
等离子体的磁约束原理张玉萍在辉光放电、弧光放电的阳极柱里，气体处在高度电离状态，但是其中正、负电荷密度几乎相等，这时的系统同普通的气体有明显的区别，1929年，美国的朗默尔（Langmuir）将它取名为“plasma”，译名为“等离子体”。
在热核反应的高温（约在几百万开甚至一亿开左右）下，物质处于等离子态，但在热核反应的高温下，任何固体材料的容器早已熔毁，而且散热的速度随温度的升高而急剧增加。
目前在大多数受控热核反应的实验装置里用磁场来约束等离子体，使之脱离器壁并限制它的热导。
下面简单介绍等离子体磁约束的原理。
我们知道，带电粒子的速度v和磁感强度B成任意夹角时，此带电粒子在磁场中作螺旋线运动，且回旋半径R与磁感强度B成反比，磁场越强，半径越小，这样一来，在很强的磁场中，每个带电粒子的运动便被约束在一根磁感线附近的很小的范围内（右图），也就是说，带电粒子回旋轨道的中心（也叫引导中心）只能沿磁感线纵向移动，而不能横越它，只有当粒子发生碰撞时，引导中心才能由一根磁感线跳到另一根磁感线，因此，强磁场可以使带电粒子的横向输运过程（如扩散、热导）受到很大的限制。
实际问题中，例如受控热核反应，不仅要求引导中心受到横向约束，也希望有纵向约束。
下述磁镜装置便能限制引导中心的纵向移动。
如上图（a）所示，两个电流方向相同的线圈产生中央弱两端强的不均匀磁场，当处于中间区域的带电粒子沿着z轴向右运动时，设粒子带正电荷q，速度v沿z轴，如图5-2（b）所示，粒子受到洛伦兹力Bv⨯q作用，使粒子向着如上图（b）所示方向（垂直屏幕向里）偏转，可见粒子将获得绕轴旋转的运动速度θv（图中用⊗代表其方向），随着粒子分速度θv的出现，又将受到洛伦兹力F的作用，其径向分量r F使粒子向轴线偏转，轴向分量z F 使带电粒子的轴向速度v 减少，因为B v F ⨯=θq ，B 增大，v 减小得也快，粒子运动到右端线圈附近时，由于该处B 很大，如 果v 初始速度较小，则v 有可能减至为零，然后就反向运动，犹如光线射到镜面上反射回来一样。
等离子体电子工程(21)—辉光放电与低温等离子体
（5.7）
5.2.4 各种条件下的辉光放电 压强为 1Torr 量级的直流辉光放电的基本特征已经在图 5.4 中给
予了描述。 当降低压强时， 阴极区域的长度 dc 会伸展， 正柱区会变短； 当压强下降很多时，正柱区最终会消失，放电管的绝大部分区域将是 负辉区，即从图 5.4（c）状态转移到图 4.1 的状态。在这样的低气压 辉光中， pd c 值低于帕邢定律中的极小值（ ( pd ) min ） ，维持放电所需的 鞘层电压 Vc 较高，电场也较强。在图 4.1 中那样以负辉区为主体的放 电类型中，还有低气压时的热阴极 DC 放电【见图 5.1（b） 、 （c ） 】以 及等离子体工艺中常用的平行板型 RF 放电（见图 6.3） 。 另一方面， 从 1Torr 向上增大压强会引起与上述过程相反的现象： 负辉区及其两侧的暗区缩小，正柱区扩展。这样的辉光放电现象通常 是发生在 100Torr 以下。在约为一个大气压的情况下，虽然辉光放电 的维持是可能的，但这时必须注意选择外部电路的参数，并要对阴极 进行强冷却以至于不进入电弧放电状态。这样的高气压辉光，最近在 等离子体工艺中得到应用，其重要性正被人们重新认识。直流高气压 辉光放电在电极间距较长时的特性类似于低气压辉光放电， 在阴极附 近可以看到阴极鞘层区域、负辉区和法拉第暗区。由于压强较高，所 以粒子间的平均自由程较短，正柱区会集中在放电管的中部。集中后 的正柱区有时会在放电管内形成振荡，出现不稳定现象。为便于大家 参考，我们在图 5.6 中给出了铜为阴极时放电电流密度 j 和压强 p 的 关系。这里 j 在压强较低时与 p 2 、在压强较高时与 p 4/3 成正比关系。
E ( z ) E0 (1 z ) dc
低温等离子体类型
低温等离子体类型低温等离子体是指在相对较低的温度下形成的等离子态物质。
它具有许多独特的性质和应用，对于科学研究和工程技术都具有重要意义。
本文将介绍几种常见的低温等离子体类型及其特点。
首先，常见的一种低温等离子体是气体放电等离子体。
这种等离子体通常是通过在气体中施加电场来产生的。
它的形态和性质取决于气体种类、电场强度和温度等因素。
气体放电等离子体常用于气体放电灯、等离子体显示器等领域，具有较高的电导率和较稳定的等离子体态。
第二种低温等离子体是辉光放电等离子体。
辉光放电是指在低压环境下，电场作用下的等离子体发光现象。
辉光放电等离子体常见于气体放电管、荧光灯等器件中。
它具有明亮而稳定的辐射光，可以用于照明、显示和激发荧光物质等应用。
第三种低温等离子体是电子密度很低的冷等离子体。
这种等离子体的电子密度通常远远低于常规等离子体，但具有较高的电子温度。
冷等离子体的电子与离子之间具有较强的非平衡性，可以用于研究等离子体物理、等离子体诊断以及与冷等离子体相关的应用。
最后，还有一种重要的低温等离子体是等离子体临界点附近的等离子体。
这种等离子体处于临界点附近的温度和密度范围内，具有丰富的相变和相稳定性。
等离子体临界点附近的等离子体在研究和应用中被广泛使用，如等离子体催化、等离子体医学等领域。
总的来说，低温等离子体是一种独特而重要的物质态，在科学研究和工程技术中具有广泛的应用前景。
各种类型的低温等离子体在不同领域都发挥着重要作用，对于推动科学进步和解决实际问题具有重要意义。
因此，深入研究和理解低温等离子体的性质和特点，对于推动相关领域的发展具有重要意义。
双探针法测量直流辉光放电等离子体参数
双探针法测量直流辉光放电等离子体参数刘浏【摘要】郎缪尔探针在测量低气压辉光离子体中被广泛应用。
本文就双探针法测等离子体参数的原理、现象以及结论进行了探讨。
分析了本组的实验结果，求出了不同条件下辉光放电等离子体中的电子温度，分析了功率和气压对电子温度的影响，并就结果中的一些与不理想的部分做出了解释。
【关键词】等离子体参数辉光放电双探针法电子温度1.引言电流通过气体的现象称为气体放电。
从日常生活中的日光灯管、电闪雷鸣，到工业生产中广泛使用的溅射镀膜、离子镀膜、离子轰击等，都与气体放电有关。
具有一定能量的电子与中性原子发生非弹性碰撞时，电子把一部分动能传给原子，使该原子激发或电离，即e-+G0→G*+e-e-+G0→G++2e-激发原子G*会产生特定颜色的辉光；产生的气体离子G+成为等离子体的一部分。
等离子体（plasma）是指电离度大于1％的电离介质，是和固、液、气同一层次的物质存在形式。
在众多等离子体测量手段中，郎缪尔探针法被认为是最简便的一种方法。
郎缪尔探针法由伸入等离子体内的导体作为探针，向它施加电压，通过测定探针电流，得到电流-电压（I-V）特性曲线，从而求得等离子体的参数。
本小组用双探针发对直流辉光放电等离子体的参数进行了测量，本文将对测量的结果进行分析和探讨。
2.直流气体辉光放电放电特性与原理【1】气体低压放电课分为三个阶段：暗放电、辉光放电和电弧放电。
其中各个阶段的放电在不同的应用领域有广泛的应用。
这三个阶段的划分从现象上来看是放电强度的不同，从内在因素来看是其放电电压和放电电流之间存在着显著差异。
经典的直流低气压放电在正常的辉光放电区示意图如右图：从左至右，其唯象结果如下：阴极区包括阴极，Aston暗区，阴极辉区和克洛克斯暗区。
负辉区整个放电管中最亮的区域。
其中电场相当低。
几乎全部电流由电子运载，电子在阴极区被加速产生电离，在负辉光区产生强爆发。
法拉第暗区在这个区域里，由于在负辉光区里的电离和激发作用，电子能量很低。
gdms 辉光放电质谱法
gdms 辉光放电质谱法
GDMS（Glow Discharge Mass Spectrometry）是一种用于元素分析的高灵敏度质谱技术。
它使用辉光放电（Glow Discharge）产生离子，并通过质谱仪测量这些离子的质荷比。
这种技术通常用于固体样品的表面元素分析，例如金属、合金、涂层等。
下面是GDMS辉光放电质谱法的一些关键特点和步骤：
1.辉光放电：GDMS使用电流通过气体（通常是氩气）产生辉光
放电。
这会导致样品表面的离子化，形成等离子体。
2.离子产生：辉光放电产生的等离子体中包含了样品表面的离子。
这些离子被加速并注入到质谱仪中。
3.质谱仪测量：质谱仪测量离子的质荷比，并生成质谱图。
根据
不同元素的质荷比，可以确定样品中的元素组成。
4.高灵敏度：GDMS具有很高的灵敏度，可以检测到低至ppm
（百万分之一）或ppb（十亿分之一）水平的元素含量。
这使
其在分析痕量元素时非常有用。
5.广泛适用性：GDMS可以用于分析各种类型的样品，包括金属、
合金、陶瓷、涂层等。
它在材料科学、地球科学、金属学和其
他领域中得到广泛应用。
6.非破坏性：辉光放电质谱是一种非破坏性技术，因为分析是在
样品表面进行的，而不需要样品的破坏性处理。
7.定量和定性分析：GDMS不仅可用于定性分析，确定样品中存
在的元素，还可用于定量分析，计算元素的含量。
这种分析技术在科研、质量控制和材料评估等领域中都有重要的应用。
气体放电的主要形式
气体放电的主要形式
气体放电是指在气体中加上电场，使其产生放电现象。
气体放电的主要形式包括火花放电、辉光放电、电弧放电、等离子体放电等。
火花放电是一种短暂的放电形式，通常只有几微秒的时间，是由于电场强度超过气体击穿电压时产生的。
在空气中，火花放电表现为一道亮光，伴随着爆炸声和热量释放。
辉光放电是指在气体中加上电场后，产生的较为持久的放电形式。
辉光放电通常表现为气体放电管内的亮光，可以是单色的或多色的。
辉光放电对于实现不同的气体放电实验和技术应用非常有用。
电弧放电是一种连续的放电形式，可持续几毫秒到数秒钟。
它是由于电场强度超过气体截止电流时产生的。
电弧放电通常表现为一条明亮的弧形，典型的应用包括电焊和等离子体切割。
等离子体放电是指在气体中产生的电离的气体状态。
等离子体放电可以是由于加热或电离等原因产生的，也可以是由于气体放电产生的。
等离子体放电对于实现等离子体工艺和物理研究非常重要。
总之，气体放电的主要形式各有不同的物理特性和应用领域，对于推动科学研究和工业技术发展都具有重要的作用。
- 1 -。
辉光放电与等离子体
辉光放电与等离子体1、辉光放电通常把在电场作用下气体被击穿而导电的物理现象称之为气体放电。
气体放电有“辉光放电”和“弧光放电”两种形式。
辉光放电又分为“正常辉光放电”与“异常辉光放电”两种，它们是磁控溅射镀膜工艺过程中产生等离子体的基本环节。
辉光放电（或异常辉光放电）可以由直流或脉冲直流靶电源通过气体放电形成,也可以用交流(矩形波双极脉冲中频电源、正弦波中频与射频)靶电源通过真空市内的气体放电产生.气体放电时，充什么样的工作气体、气压的高低、电流密度的大小、电场与磁场强度的分布与高低、电极的不同材质、形状和位置特性等多种因素都会影响到放电的过程和性质，也会影响到放电时辐射光的性质和颜色。
（1)直流辉光放电①在阴-阳极间加上直流电压时，腔体内工作气体中剩余的电子和离子在电场的作用下作定向运动，于是电流从零开始增加；②当极间电压足够大时，所有的带电离子都可以到达各自电极，这时电流达到某一最大值（即饱和值）;③继续提高电压，导致带电离子的增加，放电电流随之上升;当电极间的放电电压大于某一临界值（点火起辉电压)时,放电电流会突然迅速上升,阴-阳极间电压陡降并维持在一个较低的稳定值上。
工作气体被击穿、电离，并产生等离子体和自持辉光放电,这就是“汤生放电"的基本过程，又称为小电流正常辉光放电。
④磁控靶的阴极接靶电源负极，阳极接靶电源正极,进入正常溅射时，一定是在气体放电伏—安特性曲线中的“异常辉光放电区段”运行.其特点是,随着调节电源输出的磁控靶工作电压的增加，溅射电流也应同步缓慢上升。
（2）脉冲直流辉光放电脉冲或正弦半波中频靶电源的单个脉冲的气体放电应与直流气体放电伏-安特性曲线异常辉光放电段及之前段的变化规律相符.可以将其视为气体放电伏-安特性在单个脉冲的放电中的复现。
脉冲直流靶电源在脉冲期间起辉溅射，在脉冲间隙自然灭辉（因频率较高，肉眼难以分辨)。
溅射靶起辉放电后，当电源的输出脉冲的重复频率足够高时，由于真空腔体内的导电离子还没有完全被中和完毕，第二个(以后)重复脉冲的复辉电压与溅射靶的工作电压接近或相同。
辉光加热器消除氢气的原理
辉光加热器消除氢气的原理
辉光加热器消除氢气的原理主要是利用辉光放电现象对气体进
行加热和电离。
在辉光加热器中，气体在电场的作用下被电离，形成等离子体。
由于辉光放电的作用，气体中的氢原子被激发并形成氢原子态，而氢原子态的能量高于氢气分子的结合能，因此氢气分子被分解成原子态的氢。
随后，原子态的氢在电场的作用下加速向阴极表面运动并撞击阴极表面，从而释放出大量的热能，使得气体温度升高并实现消除氢气的作用。
具体来说，辉光加热器消除氢气的过程可以分为以下几个步骤：1.气体电离：在辉光加热器中，气体在电场的作用下被电离，形成
等离子体。
2.氢原子激发：气体中的氢原子在辉光放电的作用下被激发成氢原
子态。
3.氢分子分解：氢分子在受到激发的氢原子的撞击下被分解成原子
态的氢。
4.电场加速：原子态的氢在电场的作用下加速向阴极表面运动。
5.热能释放：原子态的氢撞击阴极表面并释放出大量的热能，使得
气体温度升高。
6.氢气消除：随着温度的升高，气体中的氢分子和原子重新组合成
氢气分子，并通过加热的方式将其排出。
总之，辉光加热器消除氢气的原理主要是利用辉光放电现象对气
体进行加热和电离，通过激发氢原子、分解氢分子、加速氢原子撞击阴极表面并释放热能等过程实现消除氢气的作用。
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辉光放电与等离子体
1、辉光放电
通常把在电场作用下气体被击穿而导电的物理现象称之为气体放电。
气体放电有“辉光放电”和“弧光放电”两种形式。
辉光放电又分为“正常辉光放电”与“异常辉光放电”两种，它们是磁控溅射镀膜工艺过程中产生等离子体的基本环节。
辉光放电(或异常辉光放电)可以由直流或脉冲直流靶电源通过气体放电形成,也可以用交流(矩形波双极脉冲中频电源、正弦波中频与射频)靶电源通过真空市内的气体放电产生。
气体放电时，充什么样的工作气体、气压的高低、电流密度的大小、电场与磁场强度的分布与高低、电极的不同材质、形状和位置特性等多种因素都会影响到放电的过程和性质，也会影响到放电时辐射光的性质和颜色。
(1)直流辉光放电
①在阴-阳极间加上直流电压时，腔体内工作气体中剩余的电子和离子在电场的作用下作定向运动，于是电流从零开始增加;
②当极间电压足够大时，所有的带电离子都可以到达各自电极，这时电流达到某一最大值(即饱和值);
③继续提高电压，导致带电离子的增加，放电电流随之上升;当电极间的放电电压大于某一临界值(点火起辉电压)时，放电电流会突然迅速上升，阴-阳极间电压陡降并维持在一个较低的稳定值上。
工作气体被击穿、电离，并产生等离子体和自持辉光放电，这就是“汤生放电”的基本过程，又称为小电流正常辉光放电。
④磁控靶的阴极接靶电源负极，阳极接靶电源正极，进入正常溅射时，一定是在气体放电伏-安特性曲线中的“异常辉光放电区段”运行。
其特点是，随着调节电源输出的磁控靶工作电压的增加，溅射电流也应同步缓慢上升。
(2)脉冲直流辉光放电
脉冲或正弦半波中频靶电源的单个脉冲的气体放电应与直流气体放电伏-安特性曲线异常辉光放电段及之前段的变化规律相符。
可以将其视为气体放电伏-安特性在单个脉冲的放电中的复现。
脉冲直流靶电源在脉冲期间起辉溅射，在脉冲间隙自然灭辉(因频率较高，肉眼难以分辨)。
溅射靶起辉放电后，当电源的输出脉冲的重复频率足够高时，由于真空腔体内的导电离子还没有完全被中和完毕，第二个(以后)重复脉冲的复辉电压与溅射靶的工作电压接近或相同。
当电源输出脉冲的重复频率很低(例如几百HZ以下)或灭弧时间过长(大于100ms以上)，
溅射靶起辉放电后，由于真空腔体内的导电离子已基本被中和掉，第二个(以后)重复脉冲的复辉电压恢复至较高数值，与点火起辉时的高电压接近或相同。
(3)交流辉光放电
用于磁控溅射镀膜气体放电的交流电源主要有双极性脉冲(矩形波或正弦波)中频靶电源与射频靶电源两大类别。
①双极脉冲中频靶电源用于辉光放电
a. 矩形波或正弦波中频靶电源进行气体辉光放电共同特点：
·当交流电压的频率较低(50HZ~5KHZ)时，工作气体起辉点火电压与直流放电时基本相同。
当电压的频率增加到中频时，起辉点火电压比用纯直流靶电源时降低很多。
·双极性脉冲中频靶电源一般带孪生靶或双靶运行。
两个靶的工作电压极性相反同时又不断互换极性，电压极性为负时的磁控靶发生溅射，极性为正时的那个磁控靶不产生溅射。
·由于阴阳极间电场正负极性来回变化，使电子路径延长，与工作气体碰撞次数增加，故单个磁控靶承载同样功率(其它真空环境条件相同)时，选用双极脉冲中频靶电源比用纯直流靶电源和脉冲直流中频靶电源时，工作气体的离化几率和靶材的沉积速率均要高一些。
·磁控靶阴极电压极性为负时，其单脉冲气体放电应与直流气体放电伏-安特性曲线异常辉光放电段及之前段的变化规律(趋势)相符。
·双极性脉冲中频靶电源，根据有无“串联电压调整”电路有分为“工艺型”和“经济型”两种。
b. 两种靶电源不同之处：
·选用(工艺型)双极矩形波或正弦波中频靶电源，因其输出的电压和电流的占空比可以大范围连续调节，镀膜时电源的工艺参数适应范围比“经济型”中频靶电源要宽很多;适用于需要经常变化的磁控溅射镀膜工艺和不同材质的膜层。
·(经济型)双极性矩形波或正弦波中频靶电源的输出电压或电流的工艺调节范围偏窄，若相关参数选配合适，一般可用于磁控溅射镀膜工艺相对固定和单一的工业生产中，其优点是靶电源价格可以相对便宜。
·选用正弦波中频靶电源，由于波形的原因，靶面产生打弧的几率更低并优于双极性矩形波中频靶电源。
更适合于对薄膜表面和膜层质量要求较高的溅射工艺。
②射频(13.56M)靶电源用于辉光放电
·在射频辉光放电空间中,高频电子震荡已能产生足够的工作气体电离，对二次电子发
射的依耐性减少了。
射频磁控溅射气体放电时等离子阻抗低，工作气体击穿点火电压和维持异常辉光放电电压比中频靶电源时又要降低很多(点火电压只有直流放电等离子辉光放电时的五分之-~八分之一)。
·一般来说，射频辉光放电与直流及中频交流脉冲辉光放电相比，可以在低一个数量级的气体压强状态下进行(例如，1.0×1-2Pa)。
·磁控靶射频放电的阴极是电容耦合电极，阳极接地;射频电压可以穿过任何种类的阻抗，所以电极就不再要求是导体;电容耦合穿过绝缘材料或空间，电极就不再限于导电材料，可以溅射任何材料，因此射频辉光放电广泛用于绝缘或介质材料的溅射沉积镀膜。
·在运行的射频辉光放电等离子体中，由于离子和电子迁移率的不同将导致阴极负偏压的形成，在阴极表面建立一个直流负偏压是进行射频溅射工艺的必要条件。
两个面积相等的电极置于射频辉光放电等离子体中，不可能建立阴极靶表面的负偏压，不可能产生溅射。
将两个面积不相等的电极置于射频(例如13.56MHZ)辉光放电离子体中形成非对称放电，面积小的那个电容耦合阴极有可能形成并建立阴极靶表面的负偏压，并能产生溅射。
·电容耦合型射频(RF)放电电极自给偏压的形成，可以防止绝缘层表面正电荷的积累，有助于射频放电的维持。
阴极靶表面的“自生负偏压”的数值可以近似等于射频溅射电压的幅值，最高时可达千伏量级。
·射频磁控溅射气体放电时，由于射频靶电源输出交变高频正弦电压波形，致使电子碰撞工作气体的几率大为增多，工作气体离化率高，等离子阻抗低，射频磁控溅射膜层沉积速率为二极射频溅射的数倍。
2、等离子体
①在真空磁控溅射镀膜技术中的等离子体，一般是电场作用下通过工作气体放电形成的。
构成分子的原子获得足够大的的动能，开始彼此分离，原子的外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，失去电子的原子变成正离子。
这一过程叫电离。
等离子体是一种电离气体，是离子、电子和高能原子等的集合体;正离子和电子总是成对的出现，总数大致相等，整体呈准电中性，它是一种由带电粒子组成的电离状态，称为物质的第四态-等离子态。
②对气体放电形成等离子体施加电压或电场，伴随导电离子、粒子、电子等的移动，在等离子体中会流过电流，这就是等离子体的导电性。
③在气相沉积过程中，工作气体和靶材金属原子被高能电子撞击电离为由电子、气体离子和金属离子等导电粒子组成的等离子体。
3、气体与靶材离子的复合
①气体电离产生的电子经数次碰撞后，能量逐渐降低，逐步远离靶面;一部分以很低的能量飞落在真空室内壁(即靶电源阳极)上;另一部分与迁移、穿越等离子体区的气体或金属的正离子复合成中性分子，这种带电粒子的消失现象又称为“消电离”。
②工作气体的电离与靶材的的离化;正离子与电子与正负带电粒子的复合现象，使真空腔体内等离子体处于上述不断发生的电离、离化与复合(消电离)的动态平衡之中。
4、激发态原子的发光现象
①众多的常态原子中的电子在被碰撞吸收了入射电子的能量后，原子由低能级跃迁到高能级，成为激发态原子。
激发态原子是不稳定的，会在10-7~10-8S内会放出所得能量, 回复到低能级基态时并发射光子，以发光的形式释放多余能量，在真空磁控溅射过程中，我们可以看到靶材原子与气体原子的回复发光现象。
②靶材原子与气体原子获能后，在靶面完成溅射的同时, 形成放电辉光和光圈;气体放电发出的特征光的颜色和深浅，与工作气体和靶材原子的种类、压力和放电电流大小有关;电流大小或者工作气体压力不同，放电辉光和光圈的颜色和深浅程度均有一定程度的变化和差别。
例如：
氩气放电→淡紫蓝色光;
氮气放电→粉红光色;
氦气放电→淡黄到橙;
氖气放电→暗红到橙;
氪气放电→白或灰,低压时绿;
氙气放电→蓝白或蓝灰。
③气体放电特征光的颜色还与阴极溅射靶的材料有关。
例如：
氩气电离放电，铜靶原子被溅射出来→发出绿色泛光;
氩气电离放电，铝靶原子被溅射出来→发出蓝白色泛光;
氩气电离放电，钛靶原子被溅射出来→发出蔚蓝色泛光;
氩气电离放电，镍靶原子被溅射出来→发出浅黄偏粉红泛光;
氩气电离放电，铬靶原子被溅射出来→发出浅草绿色泛光;
氩气电离放电，钛靶通氮气反应沉积生成氮化钛→发出樱红色泛光;
氩气电离放电，硅靶通氮气反应沉积生成氮化硅→粉红(桃红)色泛光。
④在磁控溅射镀膜的工艺试验过程中，磁控靶前发出了某种颜色的特征泛光，说明该种靶材离子的存在，特征泛光的亮度和强度可以间接反映出该种靶材离子被溅射出来的相对数量。
人们常以磁控靶前气体放电发光的颜色的不同作为某种靶材离子是否被溅射出来了的重要判据之一。