一种放电方法技术

本发明专利技术公开了一种放电方法，属于电工工程技术领域。其特征是通过调整放电条件与在放电中形成的电极鞘层不稳定性或等离子体磁流体不稳定性之间构成匹配，形成稳定的工作方式或者实现等离子体的驻波共振工作模式；这种不稳定性是放电等离子体内在属性或是通过外加激励。本发明专利技术的有益效果是系统结构简单、放电效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电工工程
，涉及一种在二极放电系统中采用调整磁场的强度、磁场 的空间分布和磁场特性与放电电压互相匹配，实现稳定工作和驻波振荡方式工作之间实现调 控的方法。
技术介绍
二极放电系统中在不同的放电参数条件下可以实现稳定的放电到和各种不稳定的放电状 态，由于放电机制比较复杂， 一直没有确定的方法来控制放电状态处于稳定的放电状态和不 稳定的放电状态，实现稳定的放电状态对于某些应用的场合非常重要，比如微电子行业中的 电路沉积和航空航天领域的霍尔推进器等；实现不稳定的放电状态对于某些等离子体放电器 件也非常重要，比如表面工程中的磁控溅射，等离子体开关等；电场和磁场互相正交形成交 叉场控制放电的方法广泛应用与各种工业领域，比如电工领域、表面工程、航天领域等。例 如在表面工程中磁控溅射沉积技术用于材料改性和薄膜沉积，普通的磁控溅射装置中采用阴 极表面的封闭磁场产生等离子体，其中离子在阴极电压的作用下轰击阴极材料形成溅射效应 和沉积薄膜，薄膜沉积的过程中等离子体密度影响沉积到被镀工件表面的薄膜性能，因此设 计者不断采用各种技术措施来提高等离子体密度和轰击到被镀工件表面的离子电流密度。《 溅射沉积技术的发展和现状》(《真空科学与技术学报》Vol. 25， No. 3， 2005)和《磁控溅 射技术进展及应用》(《现代仪器》No. 5， 2005)介绍了目前各种磁控溅射沉积技术的发展 和应用情况， 一般磁控溅射的电源采用直流和中频的脉冲技术，粒子能量在几个电子伏特左 右，形成的等离子体离化率低，难以获得理想的等离子体状态，使磁控溅射装置的应用受到 限制，通过磁场的效应来调整放电过程为稳定的工作方式和振荡的放电方式，有利于优化系 统的使用性能。在航空航天领域用于航天器推动和姿态调整的霍尔发动机则采用阳极放电，磁场由永磁 体和电磁线圈构成，形成阳极电场和磁场正交控制放电，通常控制放电的电压和磁场强度以 及电极形状、磁场强度、磁场在空间的分布来调整发动机的工作状态。阳极层放电方式应用 与等离子体发动机和表面工程领域的材料改性，也是利用和阳极电场正交的磁场来辅助放电，增加等离子体的放电效率和等离子体密度，这些放电方式的困难在于没有办法保证系统处 于稳定的工作状态和处于振荡的工作状态，这个困难影响了器件的使用可靠性。微电子行业中，芯片工艺中已经采用了干法工艺，就是等离子体的刻蚀和沉积，工艺要 求的精度非常高，常采用的放电方式中二极放电，射频耦合的放电都属于需要控制稳定放电 的技术，需要了解明确的控制放电稳定性的方法和技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种控制二极放电状态的方法，与现有二极放电系 统相比能够在稳定放电和共振放电状态之间转变，从而实现更高工作效率和可靠性的放电方 法。本专利技术的技术解决方案是在二极放电中采用控制其鞘层不稳定性和磁流体力学不稳定性的方式来控制系统的工作 状态使之处于稳定的放电状态和磁流体驻波共振的放电状态，采用的方式是第一种方式是 采用与放电电极平面互相垂直的磁场并在垂直电极表面的方向上形成磁场梯度结构；第二种 方式是使用平行电极表面的磁场并形成和电极表面相垂直的磁力线曲率；第三种方式是在电 极表面形成平行电极表面的磁场；第四种方式是采用外加的脉冲电源或者其他的激励因素； 上述四种方式通过调整放电条件，如气压、电源电压、放电气体成份等与在放电中形成的电 极鞘层不稳定性或等离子体磁流体不稳定性之间构成匹配，形成稳定的工作方式或者实现不 稳定的驻波共振工作模式。这种不稳定性可以是放电等离子体内在属性也可以是通过外加的 脉冲电源、外加的脉冲离子束源、电子束、激光束、脉冲磁场等激励。整个放电系统是一个利用电场和磁场正交的交叉场结构约束放电等离子体或者磁场的磁 力线平行电极的表面，在电极之前采用电激励线圈或永磁体，通过优化设计改变阴极表面的 磁场分布、强度和磁力线曲率，在构成磁效应的磁场中磁场感应强度因在应在OT-30GT的范 围之内，电压的范围是在O-IMKV之间，控制正交于或平行于电极电场的方向上磁场和电源电 压想匹配形成等离子体静电波动和鞘层不稳定性谐振，通过使用脉冲、直流开关电源供电或 者直接使用的可调直流电源为放电系统提供电能。本专利技术中的采用控制在磁化电极放电等离子体静电波动和鞘层不稳定性谐振机制控制放 电的稳定性，电源的供给功率需要和磁场强度通过反馈方式匹配，控制的波动频率在 0-10000GHz之间，振动频率和振幅通过电源的电压和磁场匹配控制，电源连接到放电的电极 上，在真空压力在0-100MPa之间，可以使用直流和脉冲方式供给磁控放电形成等离子体，由 电源功率和磁场特性控制正交场放电等离子体达到稳定的放电状态或者谐振的放电状态。4本专利技术的效果和益处是二极放电离子源中由电场和磁场互相作用形成正交场或者磁镜的空间的结构，控制这种 电场和磁场结构在放电中形成等离子体不稳定性和鞘层不稳定谐振控制工作形成的不稳定状 态，突破原有二极放电调控技术的原理限制，能够实现更高的效率，可以应用于电工领域、 表面工程、航天领域等多种领域，是传统二极放电控制技术的替代方法，应用于表面工程领 域时，易形成高密度的等离子体束流、且放电过程更稳定，所沉积的薄膜性能更佳；用于航 空航天领域能够实现高功率、大推力的效果。附图说明附图l是利用磁控放电中控制等离子体静电波动的磁控靶的磁路结构示意图。 图2是通过控制磁场结构控制霍尔等离子体发动机稳定工作的结构示意图。 图3是通过一个外加磁场形成磁场梯度的有两个相对电极形成的二极放电系统结构图。 图中l电极材料；2极靴；3永磁体；4铁轭；5磁力线；6电源；7中线；8同轴线圈；9陶瓷构件。具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施方式。 实施例1本专利技术涉及的利用控制静电驻波共振机制耦合电能的磁控放电系统，磁控靶的内部磁路结构由附图2所示，图中采用以中线7为对称轴的极化坐标，必须具备主要构件有阴极材料l 、极靴2、永磁体3、铁轭4、磁力线5和电源6组成，通过极靴2优化磁场的分布状态，磁场结 构具有非平衡磁控耙的特征，磁场在电极表面形成封闭的磁场结构，磁力线5要在两端和电 极表面相交，并且和电极的电场正交，形成适当的交叉场空间，磁场强度在表面典型数值是 160mT，磁场强度和电源6供给功率互相匹配，采用脉冲电源输出频率为10-llKHz，直流电源 250-600V，输出电流大于O. 5A，放电气压在O. 1Pa-5Pa之间，磁控靶连接到电源的输出端， 电源要有接地的设置，形成静电驻波共振放电耦合电源能量。 实施例2本专利技术涉及的通过控制磁场结构控制霍尔等离子体发动机稳定工作的结构由附图2所示 ，图中采用以中线7为对称轴的极化坐标，必须具备主要构件有电极材料l、磁力线5、电源6、陶瓷构件9、同轴线圈8组成，通过同轴线圈8优化磁场的分布状态，磁场结构具有曲率 的特征，磁场在电极表面形成封闭的磁场结构，磁力线5和电极的电场正交，形成适当的交 叉场空间，磁场强度在表面典型数值是40mT，磁场强度和电源6供给功率互相匹配，采用脉 冲电源输出频率为O. l-5腿z，直流电源50-3000V，输出电流大于O. 1A，放电气压在 0.01Pa-100Pa之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放电方法，其特征在于：　通过调整放电条件与在放电中形成的电极鞘层不稳定性或等离子体流体不稳定性之间构成匹配，形成稳定的工作方式或者实现等离子体驻波共振工作模式；这种不稳定性是放电等离子体内在属性或是通过外加激励实现。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牟宗信，刘升光，贾莉，牟晓东，张鹏云，郝胜智，李国卿，董闯，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]