等离子体对材料表面作用机理分析VIP免费

©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第26卷第2期湖北民族学院学报(自然科学版)Vol.26No.22008年6月JournalofHubeiUniversityforNationalities(NaturalScienceEdition)Jun.2008收稿日期:2008-03-01.基金项目:湖北省教育厅重点项目(D200529002;2003A001;B20082902).作者简介:左安友(1964-),男(土家族),硕士,高级实验师,主要从事物理实验的研究.3通讯作者:李兴鳌(1963-),男(土家族),博士,教授,主要从事理论物理研究,lxahbmy@126.com.等离子体对材料表面作用机理分析左安友1,袁作彬1,翁祝林1,熊小勇1,杨建平1,李兴鳌1,23(1.湖北民族学院理学院,湖北恩施445000;2.湖北民族学院信息工程学院,湖北恩施445000)摘要:等离子体是由大量的电子、离子、中性粒子组成.等离子体中存在着复杂的原子分子过程以及复杂的物理化学反应,这些粒子和这些复杂的过程作用于材料表面,会使材料表面的结构、成分和性能发生变化.详细分析了等离子体对材料表面作用的过程及机理,并以磁控溅射制备氮化铜薄膜为例,讨论了气体压强和基底温度对薄膜结构的影响.关键词:等离子体;表面改性;磁控溅射;氮化铜薄膜中图分类号:O593文献标识码:A文章编号:1008-8423(2008)02-0173-06AnalysisoftheMechanismoftheActofPlasmaontheSurfaceofMaterialZUOAn-you1,YUANZuo-bin1,WENGZhu-lin1,XIONGXiao-yong1,YANGJian-ping1,LIXing-ao1,23(1.SchoolofScience,HubeiUniversityforNationalities,Enshi445000,China;2.SchoolofInformationEngineering,HubeiUniversityforNationalities,Enshi445000,China)Abstract:Plasmaiscomposedoflotsofelectrons,ionsandneutralparticles.Inplasma,therearecom2plicatedprocessesofatomsormoleculesandphysicalorchemicalreaction.Theseparticlesandcomplicat2edprocessesactonthesurfaceofmaterial,leadtothechangeofthestructure,compositionandfunctionofthelatter.Thispaperanalyzedthemechanismandprocessoftheactofplamaonthesurfaceofmateri2al.ThroughanalyzingthemanufactureofCu3Nfilmbymagnetronsputtering,thepaperdiscussedtheeffectofgaspressureandbasetemperatureonthestructureofthefilm.Keywords:plasma;surfacetransform;magnetronsputtering;Cu3Nthinfilm等离子体是由大量的电子、离子、中性粒子组成.这些粒子作用于材料表面,会使材料表面的结构、成分和性能发生变化.因此,研究等离子体对材料表面作用的过程及机理,对于材料表面的改性、以及新材料、新工艺的探索有着重要的意义[1,2].本文将论述等离子体的基本特性,等离子体中的原子分子过程和化学反应,等离子体材料表面的作用和有关方面的应用.1等离子体的基本特性等离子体是物质的第四态,它由带电粒子和中性粒子组成,总体上是电中性的,其物理参数很广.电子密度1～1025cm-3,电子温度0.1～105ev.宇宙中绝大部分物质处于等离子体状态.在实验室可以由燃烧、火焰、爆炸、激波、放电等手段产生等离子体[3～6].等离子体中由于中性粒子的离化产生自由电子,衡量气体电离程度的物理量称电离度α,α;10-4为弱©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net电离等离子体,α:10-4为强电离等离子体.因为自由电子可以自由运动,等离子体具有导电性.在电场E作用下出现电流J:J=σEσ为等离子体的导电率.正因为等离子体是导电气体,所以放电中可由外部电源供给等离子体能量.电子热运动的平均动能一般比离子大,电子以比离子大得多的热运动速度和流密度轰击器壁,从而在器壁上造成负电荷积累,使器壁具有负电性,它排斥电子并加速离子向器壁运动,形成电子和离子沿同一方向的双极扩散,此后器壁电位趋向恒定,并在器壁表面形成一层带负电位的等离子鞘,它的宽度为λD德拜长度的量级.温度愈高,导致电荷分离的粒子热运动愈大,鞘的宽度也愈宽.另一方面,粒子密度愈大,壁上负电荷得到屏蔽所需的距离愈短,鞘便愈窄.一般放电管中,当粒子密度足够髙时,鞘的宽度远小于管的半径.等离子鞘的存在对于等离子体的反应过程有着重要的影响.当等离子体内...