Influence of pulse duration on plasma characteristics in HiPIMS discharge
Abstract
基于等离子体放电的表面涂层技术是现代表面工程的关键手段之一。高功率脉冲磁控溅射技术（HiPIMS）通过靶材的高电压、大电流产生高能量密度等离子体放电，实现了对溅射粒子的强电离，能够大大提高磁控溅射的离化率。靶材放电过程中HiPIMS电源的脉冲宽度对等离子体瞬态特性具有显著影响。为了探究脉冲宽度对HiPIMS放电等离子体产生与发展的影响规律与内在机理，本文通过高时间分辨率朗缪尔探针、光发射光谱诊断方法与离化区域模型IRM仿真相结合的方式，详尽获得并分析了等离子体密度、能量分布与粒子成分的时间演化特性。结果表明：当脉冲宽度从200 μs缩短至100 μs时，放电电流的峰值从～65 A提升至～154 A，同时离子密度从～3×1019 m-3提升至～6.5×1019 m-3。Langmuir探针测试发现在短脉宽条件下，脉冲初期具有较高的电子温度。IRM模拟结果表明，短脉宽放电在余辉等离子体结束时仍保持较高的Ti原子密度。而由于Ti原子电离能较低且电离系数较高，更容易在下一个负脉冲初期提供高能电子，从而增强脉冲初始阶段的电离率，进而提升等离子体放电强度。该研究为深化HiPIMS等离子体动态特性认知与涂层制备工艺优化提供了参考。
Fields of Study & Subjects
Plasma Diagnostics and Applications
Vacuum and Plasma Arcs
Pulsed Power Technology Applications
Publication details
- Journal / source
- Acta Physica Sinica
- Volume
- 75
- Issue
- 10
- Publication date
- 1 January 2026
- Language
- ZH