一种管状工件内表面改性的方法

摘要

本发明属于等离子体材料表面改性领域。本发明提出一种栅极增强内表面改性的方法,该方法由阴极、栅网电极及样品组成三电极系统,通过施加射频功率及脉冲负高压,来实现剂量的均匀性及均匀的离子注入;通过阴极溅射,将阴极材料的粒子引入射频等离子体中来实现内表面镀膜及内表面金属离子注入,使改性手段更丰富。本发明引进栅极提高了等离子体的稳定性及加速电压。

主权项

1.一种管状工件内表面改性的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)把柱状阴极和管状栅网电极同轴地插入管状样品内部，将由阴极、栅极、样品组成的三电极同轴、固定，阴极和栅极通过密封同轴接头与真空室外的射频电源连接，其中阴极通过隔直电容与射频电源功率极连接，栅极与射频电源地电极以及地连接；(2)将上述的三电极系统置于真空室中，真空室与由扩散泵和机械泵组成的真空系统连接，工作气体由氩气瓶和氮气瓶提供，通过微调针阀改变气压和气流量的大小，在样品内表面不同位置放置单晶硅基底；(3)抽真空至10-3Pa；(4)充入工作气体至0.1～1Pa，由射频电源输出射频功率，在阴极和栅极间产生一团沿轴向均匀的稳态射频等离子体，且通过射频溅射机制把阴极材料原子和离子引入等离子体，这一等离子体通过栅极网孔向管状样品内表面扩散，从而在栅极与样品内表面之间形成沿轴向均匀的扩散等离子体；(5)样品与脉冲负高压电源相接，在负高压脉冲期间，栅极和样品内表面间形成对离子加速的均匀径向电场，进入到栅极和样品内表面间的正离子被加速注入到样品内表面；(6)当负高压加在样品上时，样品内表面和扩散等离子体间形成等离子体鞘层，在等离子体电子频率倒数的时间尺度内，样品内表面附近的电子首先被处于负电位的样品排斥而离开样品内表面向栅极方向运动，形成一正离子鞘，在等离子体离子频率倒数的时间尺度内，离子开始被加速向样品内表面运动并注入到内表面，同时由于离子注入导致空间电荷减小，进而引起对电子的进一步排斥，使得鞘边缘向栅极方向运动，并最终止于栅极，在栅极附近形成稳定的等离子体发射面，在这种情况下，等离子体的产生与离子加速被限制在两个区域，即阴极和栅极产生等离子体，栅极与样品内表面引出并加速离子；(7)高压脉冲结束，等离子体恢复正常状态；(8)处理一小时后，关闭高压电源和射频源，停高真空，取出样品。