HiPIMS自組織放電高分辨光譜影像學(xué)

引言

因磁場(chǎng)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(guò)程中會(huì)存在局部放電增強(qiáng)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(shí)，其放電狀態(tài)也有很大差異，輝光會(huì)形成不同的放電組織和斑圖形式。伴隨著這些增強(qiáng)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(diǎn)睛

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

內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)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(méi)有任何光譜濾波時(shí)，我們可以看到圓形自組織放電斑圖，且有局部增強(qiáng)。然而當(dāng)我們采用394nm光濾波時(shí)，可以看到Al原子的激發(fā)輻射譜1(b)，而且強(qiáng)度最大，說(shuō)明整個(gè)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(qiáng)度較弱，說(shuō)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(gè)斑點(diǎn)處表現(xiàn)增強(qiáng)圖1(d)，且與圖1(a)中的四個(gè)斑點(diǎn)對(duì)應(yīng)，說(shuō)明四個(gè)斑點(diǎn)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(qiáng)度高，離化率高有一定差異，因此通過(guò)高分辨光譜影像學(xué)有助于我們正確認(rèn)識(shí)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(shuō)明其離化不來(lái)自13.3eV的激發(fā)離化，更像是來(lái)自3.14eV的Al原子的直接激發(fā)離化。同理，對(duì)于更高離化態(tài)的Al離子，如圖1(f),1(g),其放電更弱，說(shuō)明高能態(tài)Al離子較少，且這些高能態(tài)Al離子有可能來(lái)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(guò)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(jī)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(huì)傳遞出來(lái)，對(duì)等離子體放電機(jī)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(jī)理，需要具備深厚的理論知識(shí)與基礎(chǔ)。