磁過濾真空弧制備納米薄膜裝置的研究.pdf

1、磁過濾真空弧制備薄膜是一種新型的薄膜制備方式。本文主要論述了磁過濾真空弧制備納米薄膜裝置的研究和磁過濾彎管中帶電粒子的數(shù)值模擬計算。其中重點研究的是高壓脈沖大電流電源及其觸發(fā)發(fā)生器、放電電極和磁過濾彎管裝置。后期的附加工作中,我們又嘗試利用移動式探針對真空陰極等離子體進行了診斷研究。
　　 我們研究了脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(PFNs)的基本原理:Z

2、Z>R導(dǎo)致電容會反向充電,返回PFN電容器中的能量只有當(dāng)電容器始終從同一極充電時才能被有效利用。引入了一種“效率增強二極管”,這種二極管可以使LC電路出現(xiàn)多個弧脈沖,并且電容器總是從一個合適的方向充電,不需要提高輸入功率就可以使電容器重復(fù)充電更加迅速,PFN運行時具有更高的脈沖重復(fù)頻率(pulse repetition frequency簡稱PRF)?；诖嗽?我們自行設(shè)計了一臺高壓脈沖大電流電源裝置。我們設(shè)計并搭建了一套觸發(fā)發(fā)生器裝

3、置,發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖寬度為300μs,脈沖電壓峰值約為1.5V。這套裝置能夠成功的觸發(fā)KP(3CT)2000A平板型晶閘管,使得高壓脈沖大電流電源正常工作。然后,我們利用該電源對兩個碳棒電極進行了尖端弧放電試驗,并對其放電特性進行了研究,試驗表明該電源裝置為將來利用陰極弧等離子體制備薄膜提供了良好的電源條件。我們設(shè)計了陰極真空電弧電極,并制作了兩個磁過濾彎管,一個是帶有90°磁濾,另一個帶有接續(xù)式90°磁濾(即S形)。對于90°彎管,其

4、傳輸效率相對要高一些；而對于S型彎管,制備出的薄膜更加的致密均勻,然而傳輸效率相對受到一定的限制。
　　 描述了在90°螺線管中通過磁過濾移除大粒子后等離子的運動,然后用電磁場數(shù)值分析中的有限元法算出帶電粒子在螺線管中運動的主要算法,并用Matlab語言編程繪出螺線管、螺線管中的磁力線以及帶電粒子在螺線管中運動的方程和圖象。通過螺線管中大小顆粒粒子運動圖象的比較來說明磁過濾器的過濾原理。
　　 隨著陰極弧等離子體工業(yè)應(yīng)用

5、的日益廣泛,特別是陰極弧等離子體制備納米疊層膜和超硬膜等新一代表面技術(shù)的出現(xiàn),消除大顆粒和提高陰極弧等離子體傳輸效率研究工作受到普遍重視,成為研究的熱點。我們設(shè)計的整套裝置能夠穩(wěn)定控制陰極弧的產(chǎn)生以及沉積薄膜的厚度,并有效的清除其中的大顆粒雜質(zhì),得到優(yōu)質(zhì)的薄膜,因此該套裝置在將來會有非常廣闊的工業(yè)前景。
　　 另外,還利用移動式單探針對不同電源偏壓、不同氣壓以及不同位置的空心陰極等離子體進行了診斷,分析了電壓和氣壓對空心陰極等離