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· 12· 科技论坛 一 种制备功能薄膜的新型装置的设计 赵桂芳 江 超 (湖北师范学院 物理与电子科学学院，湖北 黄石 435002) 摘 要：首先概括了功能薄膜的特性、制备方法及其应用领域。然后，介绍了微空心阴极放电的基本结构及应用。最后，利用微空心阴 极放电设计了一种新型制备功能薄膜的装置，对该装置的设计过程、工作原理和特点进行了详细的论述。 关键词 ：功能薄膜；高气压辉光放电；微空心阴极放电；薄膜制备 1概述 各种类型的功能薄膜一般具有高硬度、低摩擦系数、红外光区透明、 岚好的化学隋l生和生物相容J生等，它不仅可作为各类保护层，还可作为生 物材料涂层，因此能够广泛应用在机械、光学、微电子以及生物医学等多 个领域 。目前制备功能薄膜的方法主要有电化学法、物理气相沉积法和 化学气相沉积法三大类，这些方法都是比较成熟的技术，但是它们也存在 一 定的缺陷：要么设备昂贵、要么结构复杂、要么操作程序烦琐、要么成膜 速率低等日。 2高气压微空心阴极放电 微空心阴极放电是一种新型的气体放电，它的性质处于辉光放电和 弧光放电．之f司。1996年在空心阴极放电的基础上，Sehoenhac等人创造 图 1装置的剖视结构示意图 了微空心阴极放电(IⅥHCD)jX+~ 。微空心阴极放电为中间带有微孔 的 “阴极一绝缘体一阳极”的三明治结构，它的主要参数为中间微孔的孑L 构成— 教空心阴极放电阵列，然后通过大陶瓷片5固定在圆筒外壳 I 径一般为几十微米到几佰微米；阴极和阳极一般用金属钼构成，厚度为 上，两钼片电极通过导线接在射频电源 17上。基片8固定在基片底板阳 100XIm；中间隔离的绝缘体一般用陶瓷片，厚度为几佰微米。MHCD基 极9上，基片8与大陶瓷片5间距 15mm。底板阳极为不锈钢板，它通过 本电路为阴极经过—个电阻接到电源负极，阳极经过一个电阻接地。微 导线连接在高频电源 18上。导线通过圆筒外壳时都用陶瓷管 16进行绝 空心阴极放电的主要牦 是阴极孔径很小为微米量级，放电气压可以很 缘隔离。底座 10上安装有真空泵接口19和排气口20，封盖6上开有进 高，能够达到甚至超过大气压，也就是说微空心阴极放电是一种高气压稳 气口14。 定的辉光放电。微空心阴极放电最吸引人的特征之—是有非热电子能量 该新型装置的设计原理是：在装置中，由带有微孔的阴极层、绝缘层、 分布，这导致了—个高的电离和激发速率，在放电区域形成高电流密度。 阳极层构成—个微空心阴极放电阵列，作为主放电的阴极，第三电极放置 微空心阴极放电另一个独特的特征是放电等离子体中有极高的功率密 在微空心阴极放电阵列的阳极边作为主放电的阳极，从微空心阴极中抽 度。MHCD产生的高气压辉光放电等离子体有广泛的应用，如：紫外准分 出电子，形成大的放电区域。利用这种特殊结构在高气压下产生大体积 的稳定辉光放电等离子体，该等离子体有非热电子能量分布，放电区域形 子光源、薄膜沉积、平面等离子体显示、等离子体化学、用于污染气体消毒 等。 成高电流密度，电子密度在 10Cnl。量级，同时等离子体中有极高的功率 3新型制备类金刚石薄膜装置的设计 密度(10kWc／m3)，含有大量的高能电子，这些都有利于输入气体发生化 装置是根据近年来高气压微空心阴极放 电的研究成果，结合丁业上 学反应。放电气体流速对放电维持电压有很大的影响，当电极间距固定 时，提高气体流速能够降低维持电压。该装置主要利用金属腔体的扩散 和科研 匕对功能薄膜日益增长的需求，利用 微“空心阴极放电与第三平板 电极”之间放电产生的大体积等离子体，反应气体通过该等离子体区域 冷却和气体流动冷却。 该装置工作原理：首先利用真空泵把气室抽为真空，然后从