气体的放电

在PVD实际中，你是否遇到过开靶点不起来，需要充入更多的工作气体或多关闭高阀才能正常点靶，是否遇到在辉光清洗时，产品“打火”，烧蚀坏产品的情况。其实这些都与气体的放电有关，下面就聊聊与PVD相关的几种放电类型。

辉光放电

低压气体在着火之后一般都产生辉光放电。在气体压力约为 100帕且所加电压适中时，放电就呈现出明暗相间的 7个区域。从阴极到阳极的顺序分为7个区。

①阿斯顿暗区：它是阴极前面的很薄的一层暗区，是F.W.阿斯顿于1968年在实验中发现的。在本区中，电子刚刚离开阴极，飞行距离尚短，从电场得到的能量不足以激发气体原子，因此没有发光。

②阴极辉区：紧接于阿斯顿暗区，由于电子通过阿斯顿暗区后已具有足以激发原子的能量，在本区造成激发而形成的区域，当激发态原子恢复为基态时就发光。

③阴极暗区：又称克鲁克斯暗区。抵达本区域的电子，能量较高，有利于电离而不利于激发，因此发光微弱。

④负辉区：紧邻阴极暗区，且与阴极暗区有明显的分界。在分界线上发光最强，后逐渐变弱，并转入暗区，即后述的法拉第暗区。负辉区中的电子能量较为分散，既富于低能量的电子也富于高能量的电子。

⑤法拉第暗区：负辉区到正柱区的过渡区域。在本区中，电子能量很低，不发生激发或电离，因此是暗区。

⑥正辉柱区：与法拉第暗区有明显的边界，是电子在法拉第暗区中受到加速，具备了激发和电离的能力后在本区中激发电离原子形成的，因发光明亮故又称正辉柱。正辉柱区中电子、离子浓度很高（约1015～1016个/米3），且两者的浓度相等，因此称为等离子体。正柱区具有良好的导电性能；但它对放电的自持来说，不是必要的区域。在短的放电管中，正柱区甚至消失；在长的放电管中，它几乎可以充满整个管子。正柱区中轴向电场强度很小，因此迁移运动很弱，扩散运动（即乱向运动）占优势。

⑦阳极辉区和阳极暗区：只有在阳极支取的电流大于等离子区能正常提供的电流时才出现。它们在放电中不是典型的区域。　辉光放电各区域中最早被利用的是正柱区。正柱区的发光和长度可无限延伸的性质被利用于制作霓虹灯。作为指示用的氖管、数字显示管，以及一些保护用的放电管，也是利用辉光放电。在气体激光器中，毛细管放电的正柱区是获得激光的基本条件。近代微电子技术中的等离子体涂覆、等离子体刻蚀，也是利用辉光放电过程。从正柱区的研究发展起来的等离子体物理，对核聚变、等离子体推进、电磁流体发电等尖端科学技术有重要意义。辉光放电中的负辉区，由于电子能量分布比正柱区的为宽，如今被成功地用于制作白光激光器。

异常辉光放电

磁控溅射一般属于异常辉光放电，在整个阴极已布满辉光，再增大支取的电流，则出现异常辉光放电。此时阴极位降很大，且位降区的宽度减小。阴极位降大和电流密度大，会导致阴极材料的溅射。在放电器件中，溅射的吸气作用降低器件内气体压强并改变其气体成分，而溅射形成的导电膜则降低电极间绝缘。阴极溅射现象也可用作材料涂覆的一种手段，这就是溅射镀膜。

电弧放电

多弧离子镀属于弧光放电，如将辉光放电的限流电阻减小，则放电电流增大，并转入电弧放电。电弧放电的特点是电流密度大而极间电压低，其自持依赖于新的电子发射机制，即热发射和冷发射。热发射是因正离子轰击阴极出现局部高温而产生的；冷发射则是因阴极表面存在局部强电场而引起的。前者称为热电子电弧，后者称为冷阴极电弧。作为强光源的碳极电弧就是热电子电弧；电力工业用的汞弧整流管则利用冷阴极电弧。

电弧放电的一个重要特点是阴极上有阴极辉点。热电子电弧的辉点一般是固定不动的；冷阴极电弧如汞弧整流管液汞表面上的辉点是跳跃移动的。阴极辉点是电子发射的来源，其电流密度高达数百至数千安/厘米2。电弧放电的伏安特性随电极材料、气体种类、压力而异。大气中的碳极电弧呈现出典型的负阻特性，因此外电路中必须串有限流电阻，以稳定电流。电弧放电产生强烈的辐射，其强度随气体压力和电流密度而增大。放电区中温度最高点在一个大气压下约为4200K，在10个大气压下为6520K，在几十或几百大气压下达10000K。碳极电弧是最早的强光光源。各种高气压放电灯如高气压汞灯、氙灯、钠灯，是在管泡内进行电弧放电的光源。电弧焊接、电弧切割在工业上有广泛应用；电弧的高温可作为电炉的热源。