等离子体基离子注入技术的基本原理

等离子体基离子注入的装置简图如图11-16所示。将工件放在充有一定气体的真空室内，用热电子、射频或微波激发等离子体，工件淹没在等离子体气氛中，当以工件为阴极真空室壁为阳极施加高压脉冲时，工件附近电子被逐出，而正离子在电场作用下被加速，投向并注入工件表面，从而实现了等离子体基离子注入。

图11-16 等离子体基离子注入设备简图

其工作的物理基础如图11-17所示，在未加负高压脉冲之前，淹没在等离子体中的工件（包括工作台）与外界没有任何电的联系，因而可以把它看成等离子体中的悬浮插入物。当在工件上加一电压脉冲时，工件电位提高至最大负电位，工件近表面的电子将以极快的速度被逐出，其时间决定于等离子体特征参数。在电子开始被逐出时，可以把比电子重得多的离子看作是不运动的。逐出电子的结果，在工件附近留下了一个离子空间荷电区域，形成一定的电位分布，即离子-基体鞘层。鞘层的厚度由施加的电压、等离子体的离子密度、离子种类所决定，通常情况下为数十至数百毫米。等离子体鞘层是不稳定的，在加速脉冲电场作用下，正离子将被加速而冲向工件。在继续施加电压脉冲过程中，鞘层中离子浓度降低，结果使鞘层边缘以接近等离子体离子声速的速度向外扩展，直至这一施加电压脉冲结束。(www.xing528.com)

图11-17 等离子体鞘层在负高压脉冲 V（t）作用下随时间的演化 （——电子，——离子）