An Ion Energy Measurement for Pulse Filtered Cathodic Vacuum Arc Plasma Source

Abstract

The carbon ions energy in pulsed-filtered cathodic vacuum arc plasma source was measured by retarding field ion energy analysis probe. To study the influence of negative bias voltage, the substrate was applied negative bias voltage from 0 to -80 V. To study the ion energy during the arc pulse plasma. The Time-resolved technique was used to measure carbon ion energy, with a time resolution of the order of 450 microseconds. The delay time to recording the ion energy was adjusted from 0 to 1000 microseconds after arc ignition. It was found that the ion energy in the arc plasma dependent on substrate bias voltage, which in the range of 20 – 100 eV as the bias voltage changed. The results show that the ion energy does not change over the arc pulse and the ion energy is 20 eV at ground substrate biased. However, the ion density increases from 2.19x1016 m-3 in the early arc pulse up to 4.65x1016 m-3 in the middle pulse and then decrease to zero at the end of the arc pulse. And adjusting the arc current, the ion energy was not changed. And the arc current will increase the ion density, approximately 8.64x1016 m-3 when the arc current is 896 amperes.

งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการวัดพลังงานไอออนจากแหล่งกำเนิดพลาสมาแบบพัลส์ฟิลเตอร์คาโธดิกอาร์กในระบบสุญญากาศที่มีแกรไฟต์เป็นขั้วแคโทดโดยใช้หัววัดพลังงานไอออนแบบสนามหน่วง เพื่อศึกษาอิทธิพลของการไบอัสศักย์ไฟฟ้าลบให้กับชิ้นงานต่อพลังงานไอออนคาร์บอนจึงได้ทำการวัดพลังงานไอออนเมื่อชิ้นงานถูกไบอัสด้วยศักย์ไฟฟ้า 0 ถึง -80 โวลต์ เพื่อศึกษากระบวนการวัดพลังงานไอออนจากเทคนิคฟิลเตอร์คาโธดิกแวคคั่มอาร์กที่กำเนิดพลาสมาแบบห้วงหรือแบบพัลส์ ด้วยเทคนิคการวัดพลังงานภายในสัญญาณพัลส์อาร์กและการหน่วงสัญญาณเวลาของการวัดพลังงาน จาก 0 ถึง 1000 ไมโครวินาที ความละเอียดช่วงเวลาการวัด 450 ไมโครวินาที และเพื่อศึกษาอิทธิพลของกระแสอาร์กต่อพลังงานไอออนคาร์บอน ได้ทำการวัดพลังงานเมื่อกระแสอาร์กถูกปรับเปลี่ยนตั้งแต่ 480 แอมแปร์ ถึง 896 แอมแปร์ ผลของการวัดพลังงานไอออน พบว่า พลังงานไอออนจะมีค่าประมาณ 20 อิเล็กตรอนโวลต์ จากนั้นจะมีค่าเพิ่มมากขึ้นตามศักย์ไฟฟ้าลบที่ไบอัสให้ชิ้นงาน พลังงานไอออนคาร์บอนที่สูงที่สุดมีค่าประมาณ 100 อิเล็กตรอนโวลต์ ตรวจวัดได้ในกรณีที่ชิ้นงานถูกไบอัสด้วยศักย์ไฟฟ้า -80 โวลต์ ในการวัดพลังงานไอออนภายในสัญญาณพัลส์อาร์กและการปรับค่ากระแสอาร์ก พบว่า พลังงานไอออนคาร์บอนไม่ได้มีค่าเปลี่ยนแปลงไป ความหนาแน่นไอออนที่วัดได้มีค่าอยู่ในช่วง 1016 ต่อลูกบาศก์เมตร โดยจะมีความหนาแน่นสูงในส่วนกลางพัลส์ซึ่งสอดคล้องกับสัญญาณกระแสอาร์ก และการปรับเปลี่ยนค่ากระแสอาร์กจะส่งผลโดยตรงต่อความหนาแน่นของไอออน ความหนาแน่นที่ตรวจวัดได้มีค่าสูงที่สุด 8.64x1016 ต่อลูกบาศก์เมตร เมื่อกระแสอาร์กมีค่าเท่ากับ 896 แอมแปร์