中心电极射频感应等离子体管件内表面改性.pdfVIP

2007年2月 中央民族大学学报(自然科学版) Fbb．2007 第16卷第l期 JoumaloftIleCUN(NaturalSciencesEdition) V01．16No．1 中心电极射频感应等离子体管件内表面改性 钮金真，敖玲，李 云，张灿书，张谷令 (中央民族大学物理与电子工程学院，北京100081) 摘要： 本文利用中心电极射频感应等离子体对金属管件内壁进行表面改性处理，验证了该方法的合理性 以及可行性．利用该方法制备出了类金刚石(DLc)薄膜，为管型和瓶型样品的内壁强化提供新的手段． 关键词： 等离子体源离子注入，内表面，类金刚石 中图分类号：0539 文献标识码：A 文章编号：1005．8036(2007)01．0047—05 l 引 言 等离子体源离子注入技术(PsII，又称作等离子体浸没离子注入PIII)是一种具有很好应用前景的新 兴材料处理手段，它以能非线性注入复杂表面材料且操作简单经济实惠而得到广泛认可u。4。．但是对于 复杂表面内凹处的阴影问题，特别是对于管件，例如枪炮管子、气缸、传输管道等内部等离子体不易扩散 进入的工件内表面处理仍有许多难题不能解决b“…．2000年中科院物理所采用一种新的手段——栅极 增强等离子体源离子注入(GEPsII)技术来进行金属管件内壁处理…“2。．该方法虽然有望实现真正均匀 管件内壁等离子体源离子注入均匀处理，但其栅网电极与中心电极的双电极结构设计使得能够处理的 管件内直径不能太小，从目前的实验结果来看，预处理管件的内直径不能小于40mm，对于直径小于40 时以中心电极作为注入的参考零电位，在管件上加注入负偏压，实现管件内壁均匀离子注人．因为该方 法在管件内生成均匀等离子体的同时建立了均匀的径向注入电场，对于实现管件内壁的均匀离子注入， 是一种很好的构想．而且这一方法只使用中心电极，对空间要求不高，能用来处理内径小一些的管件，所 以应该具有很好的应用前景．但在1997年Malik发表了这一方法以后¨。。并没有后续的工作报道，对于 利用该方法生成的TiN薄膜以及类金刚石(DLc)薄膜的性质及其实用性没有文献可查，更看不到关于 这一方法被应用于实际生产的报道．因此，我们在实验室建立了一套利用该方法射频放电产生等离子体 的电极结构来验证该方法的可行性，同时进行管件内壁改性处理研究． 2 实验方法 图1给出管件内以中心电极为射频负载产生等离子体的构造详细参数．圆筒衬底包覆在陶瓷封套 内，中心电极与圆筒同轴心，且两端电极引线以陶瓷绝缘通过真空室引出．圆筒上的注入负高压连接线 收稿日期：2006—10—20 作者简介：钮金真(1945一)，男(汉族)，山东淄博人，中央民族大学物理与电子工程学院教授，研究方向：凝聚态物 理． 48 中央民族大学学报(自然科学版) 第16卷 从真空室另一位置通过陶瓷封接件引出．本方法在管件内壁生长薄膜的最主要的思想是同轴电极结构， 中心电极被接地或者保持射频偏压，而且中心电极作为射频天线的同时还是溅射的阴极． 射频功率通过匹配网络被耦合到负载一一同轴结构中的中心电极上，外边的圆筒是要处理的管件． 圆筒上边接高压用于进行预清洗以及等离子体源离子注入．中心溅射阴极以钛棒作靶，通过PsⅡ处理 在管件内表面生成TiNx薄膜．甲烷气体用于DLc薄膜生长，N：和Ar的混合气用于生长氮化物薄膜．在 Malik的文献中报道了通过中心电极溅射可以生长TiN薄膜．但是我们在实验中发现，由于中心电极一 直处于地电位，在中心电极周围没有偏压、鞘层，因而没有离子刻蚀或者溅射中心电极，所以中心电极Ti 材料不能被溅射出来，因此不能形成TiN膜．实际测量的中心电极上的射频自偏压恒为零，而且样品的 可以的． 图1射频放电实验装置不意 schem8tic of Fig．1 diag删mexpedm朗talsetup 在实验中发现，当工作气压为15～30Pa时