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1、·44·Dec.2002HIGHVOLTAGEENGINEERINGVol.28No.120常压辉光放电及其在薄膜表面处理中的应用AtmospherePressureGlowDischargeandItsApplicationinFilmSurfaceTreatment林福昌,何 磊,戴 玲,李 劲(华中科技大学脉冲功率研究与发展中心,武汉430074)摘 要 常压辉光放电(APGD)是具有较高电子能量的非百Pa)下才能产生,因其密度低,电子难以在全行程平衡等离子体,比低压辉光放电更易于实现工业化应用。比中发生足够多的碰撞次数,雪崩不会很高,同时
2、空间较了几种获得常压辉光放电的实验方案,基于对常压辉光放电荷的幅度也很低,不足以形成能加强电离的局部电等离子体基本物化特性的深入了解,探讨了各种等离子体气氛对于绝缘介质薄膜电气及化学特性的作用(比如憎水电场,因此放电电流不会很大,通常为mA级(或更性、表面位能等),并将之用于绝缘介质薄膜的表面处理中,低)的辉光放电(或汤生放电)。当气压升高时,因电对于薄膜性质的改善起到了较好的作用,对常压辉光放电等子与气体分子、原子、离子等产生频繁碰撞以及空间离子体的应用作了有益的尝试。电荷对电场的畸变作用使得电离度大大加强,故可AbstractAtmosphe
3、rePressureGlowDischarge(APGD)isnon-equilibriumplasmaofhighelectronenergy,which获得电流在A级以上放电的电弧放电。ismoreapplicableindustriallycomparedwithlow-pressure大气压下辉光放电须由介质阻挡和高频的交流glowdischarge(avacuumsystemisneeded).Muchinterest电源在某些特定的气体(如氦气、氮气)内获得,介质hasbeenfocusedinthisarearecently.Int
4、hisarticle,sever2可以覆盖在电极上或者悬挂在放电空间。放电空间alexperimentdesignsofgeneratingAPGDarecomparedwitheachother,besides,basedontheprofoundknowledge在击穿之前,若其中由亚稳态气体分子的PenningofphysicalandchemicalcharacteristicsofAPGDplasma,效应产生的种电子浓度足够大,气体内引起放电的theeffectofdifferentbackgroundgasesonsurfacech
5、arac2性质就不是常压下常见的流柱放电,而是大量同时teristicsofthinfilmisdiscussed.AnAPGDplasmagenerat2发生的Townsend放电。随着放电的发展,电子沉积ingsystemisdesignedandmeaningfulattemptsaremadethroughexperimentsinordertoimprovetheperformanceof在介质上并形成能抵消外电场的壁电荷,使电子繁thefilm.流猝灭,从而限制电流的增长,放电停止。然后电源关键词 常压辉光放电 等离子体 表面处理电压
6、的极性改变,积累在新的阴极的电子如浓度足Keywordsatmospherepressureglowdischarge(APGD)plasmasurfacetreatment够,则又开始反方向放电,电流呈周期性的正负脉冲中图分类号 O461;O539 文献标识码 A形式,峰值为数百LA,宏观上形成均匀辉光放电。0 引 言2 产生APGD的各种放电装置比较将等离子体技术应用于材料表面改性及表面处要产生大气压下稳定的辉光等离子体理的研究已有几十年的历史。低温等离子体可由气(APGD),必须仔细设计电源、电极形式、气体种类体放电、射线辐照、光电离、
7、热电离等法[1]产生。工业等。1988年Kanazawa等用刷状电极、高频电源和氦[2]上和实验室中通过直流或交流电源产生气体放电可气获得了稳定的辉光等离子体,他们认为APGD获得稳定的大面积高浓度等离子体。必须具备以下条件:①用氦气做稀释气体。②电极上利用低气压下产生的辉光放电等离子体处理薄覆盖绝缘层。选择绝缘材料时需要考虑其热电阻。电膜表面的技术发展比较成熟,但因真空系统造价高源频率为13156MHz时使用陶瓷或石英玻璃。③使及连续作业的动密封等问题,其工业化应用存在一用特殊形式电极(文[2]电极由25根不锈钢或金属定困难。近来常压辉光放电在
8、局部放电、激光技术和钨组成)。④使用高频电源(3000Hz或者射频)。低温等离子体处理等多个领域得到应用。不同领域1993年Okazak
