多弧离子镀

不久前有朋友问我，采用弧轰击和采用氩离子清洗有什么区别？我当时只告诉他，一个是金属离子清洗，一个是气体离子清洗，能量不一样，原理也不一样，今天就简单介绍一下多弧的知识。

多弧离子镀是采用电弧放电的方法，在固体的阴极靶材上直接蒸发金属，蒸发物是从阴极弧光放电放出的阴极物质的离子，这种装置不需要熔池，被蒸发的靶材接阴极，真空室为阳极，当触发电极与阴极靶突然瞬间接触时，就会引起电弧，在阴极表面产生强烈发光的阴极弧光斑点，斑点直径在100μm以下，斑点内的电流密度可达103~107A/cm2于是在这一区域内的材料就瞬时蒸发并电离。阴极弧光斑点在阴极表面上，以每秒几十米的速度做无规则运动，外加磁场用来控制辉点的运动轨迹和速度，为了维持真空电弧，一般要求电压为–20到–40 V。多弧离子镀的原理是基于冷阴极真空弧光放电理论，该理论认为，放电过程的电量迁移是借助于场电子发射和正离子电流这两种机制同时存在且相互制约而实现的。在放电过程中，阴极材料大量蒸发，这些蒸汽分子产生的正离子，在阴极表面附近很短的距离内产生极强的电场，在这样强的电场作用下，电子以产生以场电子发射而溢出到真空中，而正离子可占总的电弧电流的10%左右，被吸到阴极表面的金属离子形成空间电荷层，由此产生强电场，使阴极表面上功函数小的点(晶界或裂痕)开始发射电子。个别发射电子密度高的点，电流密度高。焦耳热使温度上升又产生热电子，进一步增加发射电子。这个正反馈作用使电流局部集中。由于电流局部集中产生的焦耳热使阴极材料表面局部爆发性地等离子化，发射电子和离子，并留下放电痕。同时也放出熔融的阴极材料粒子。发射的离子中的一部分被吸回阴极表面，形成空间电荷层，产生强电场，又使新的功函数小的点开始发射电子。

多弧离子镀技术具有以下特点：

优点：可以任意安装使薄膜均匀。外加磁场可以改善电弧放电；使电弧细碎；旋转速度加快；细化膜层微粒；对带电粒子产生加速作用。金属离化率高，有利于薄膜的均匀性和提高附着力，是实现离子镀膜的最佳工艺。一弧多用，既是蒸发源，又是预轰击净化源和离化源。

缺点：在高的功率下，容易产生金属大颗粒，从而影响镀层质量，部分靶材弧光放电不稳定等。