作为 HiPIMS 等离子体指向标的直流放电标度律与定律

如果要将实验室规模的等离子体源放大用于工业过程，等离子体的标度律或相似律就具有重要意义。理想情况下，标度后等离子体的放电参数是可预测的，且基本物理过程保持不变。当然，这存在局限性与有效范围。直流辉光放电的标度律已为人所熟知。对一个经过充分诊断的放电进行标度时，可以很容易地估算正柱中的场强、气体放大以及正常电流密度。对于非稳态高功率放电，如高功率脉冲磁控溅射 (HiPIMS) 等离子体，标度并非如此简单。在此，人们面对的是一个非稳态复杂系统，其在脉冲期间具有等离子体化学的剧烈变化和对称性破缺。由于参数空间巨大，目前尚无合适的参数来明确定义这类放电。在本文中，我们将简要讨论直流辉光放电的标度律，并给出以铜为电极、以氦为等离子体形成气体的放电实验结果。该放电在 200 至 1600 hPa 的压强范围内运行，采用了三种不同的电极直径 (D=2.1, 3.0 和 4.3 mm)。击穿电压测量结果表明，压强与电极距离不能独立变化。我们将讨论标度对约化正常电流密度、正柱中的约化正常电场以及放电温度的影响，并指出其局限性。与这些结果相比，我们将描述 HiPIMS 等离子体增加的复杂性。我们将回顾学界关于如何获取等离子体实验指纹的建议，并讨论直流放电经验对 HiPIMS 等离子体相似律发展的启示。