HiPIMS自組織放電高分辨光譜影像學(xué)

引言

因磁場約束，以及超高功率放電，高功率脈沖磁控濺射技術(shù)（HiPIMS）在放電過程中會存在局部放電增強而導(dǎo)致輝光閃爍的不穩(wěn)定現(xiàn)象。當(dāng)不穩(wěn)定輝光存在時，其放電狀態(tài)也有很大差異，輝光會形成不同的放電組織和斑圖形式。伴隨著這些增強型斑圖輝光放電，其內(nèi)部粒子成分放電狀態(tài)如激發(fā)與電離存在差異，如何直觀研究這些變化，高分辨光譜影像學(xué)是一種有效的手段，可直觀觀察不穩(wěn)定區(qū)域的放電形式與變化。

點睛

1）高分辨光譜影像學(xué)可用來分析放電的局部狀態(tài)，如穩(wěn)定性；

2）高分辨光譜影像學(xué)可用來分析不同粒子的成分，激發(fā)、離化狀態(tài)等；

內(nèi)容

實驗采用Al靶材作為高功率脈沖磁控濺射源，并進(jìn)行光譜影像學(xué)的放電研究。如圖1(a)所示，當(dāng)沒有任何光譜濾波時，我們可以看到圓形自組織放電斑圖，且有局部增強。然而當(dāng)我們采用394nm光濾波時，可以看到Al原子的激發(fā)輻射譜1(b)，而且強度最大，說明整個放電斑圖中充斥著帶有能量的激發(fā)態(tài)Al原子。相比之下，激發(fā)態(tài)為13.08eV的Al原子，強度較弱，說明該種成分較少圖1(c)，但激發(fā)態(tài)13.3eV的Al原子在四個斑點處表現(xiàn)增強圖1(d)，且與圖1(a)中的四個斑點對應(yīng)，說明四個斑點處以高能激發(fā)為主。與我們常規(guī)認(rèn)為此處可能為放電強度高，離化率高有一定差異，因此通過高分辨光譜影像學(xué)有助于我們正確認(rèn)識和理解等離子體放電狀態(tài)。

圖1.不同Al成分下的高分辨光譜影像學(xué)(a)總體影像圖,(b-d)Al原子激發(fā)態(tài)影像圖，(e-g)Al離子激發(fā)態(tài)影像圖。

那離化狀態(tài)如何？如圖1(e)為離化能量為15.06eV的Al離子態(tài)，可以看到其放電斑圖與圖1(d)并不重合，說明其離化不來自13.3eV的激發(fā)離化，更像是來自3.14eV的Al原子的直接激發(fā)離化。同理，對于更高離化態(tài)的Al離子，如圖1(f),1(g),其放電更弱，說明高能態(tài)Al離子較少，且這些高能態(tài)Al離子有可能來自于3.14eV的激發(fā)離化和13.3eV的Al原子激發(fā)離化。

因此，通過高分辨光譜影像學(xué)的研究可以糾正我們所認(rèn)知的等離子體狀態(tài)，讓我們更正確理解放電形式和機理。

延伸

1) 高分辨率光譜影像學(xué)可以觀察更多放電成分的狀態(tài)與不同位置的分布等。

2) 作為有效的診斷工具，更多的有效信息將會傳遞出來，對等離子體放電機制提供幫助。

3) 但如何從給出的診斷圖，去深入挖掘更多的放電機理，需要具備深厚的理論知識與基礎(chǔ)。