轰击样品的等离子体分布的均匀性取决于如下参数：电子密度（n）、电子温度（Te）、等离子体电压（U）、等离子体鞘层距离（s）、样品偏置电压（Vs）和从样品表面到阳极的距离（d）等［17］。用于空间电荷限制流的Child-Langmuir定律描述了基本的等离子体方程：
式中，ne为电子密度；Te为电子温度；Mi为Ar＋质量；K为玻尔兹曼常数；me为电子质量；Vs为样品偏置电压；U为等离子体电压；s为等离子体鞘层距离；d为样品表面到阳极的距离。
在进行横向均匀溅射时，样品表面的电流I与偏置电压V之间的关系如下：
对于给定的几何形状，恒定的等离子体温度和材料，可以大大简化Child-Langmuir方程。假设放电池的几何形状、溅射孔径、阴阳极之间的距离以及压力是恒定的，由式（5．5）、式（5．6）可知
式中，s为等离子体鞘层距离；V为样品偏置电压；I为电流。
由式（5．7）可知，获得均匀溅射所需的等离子体鞘层距离取决于样品偏置电压和电流。因此，对于任何给定的样品等离子体鞘层距离以及样品表面电流，需要特定的偏置电压才能使等离子体在横向均匀分布，使样品表面均匀溅射，获得平坦的溅射坑。(www.xing528.com)
在GD-MS中，电流随着放电腔体中放电气体（通常为Ar）压力而改变。当放电电压和放电电流增大时，阴极表面上的气体粒子通量会增大，此外，这些气体粒子的能量也增大，从而产生更多的溅射，溅射坑的形貌也会发生显著的变化。如在低气压条件下，电流一定时，等离子体鞘层距离会随着放电电压改变，从而影响样品表面溅射坑的形状［15］。不同放电电压条件下样品溅射坑的形貌如图5．2所示。在低放电电压下，离子束没有被聚焦，导致电流密度分布如图5．2a所示，溅射坑呈凹形。当电压逐渐增大时，离子束越来越向中心聚焦，当电压近似于临界电压Uc（获得平整溅射坑所需的最佳电压值）时，电流垂直于样品表面均匀分布，此时可获得平整的溅射坑，如图5．2b所示。而电压过大时，离子束被过度聚焦，导致溅射坑呈凸形，如图5．2c所示。
图5．2 不同放电电压下样品表面电流密度的分布及样品溅射坑形貌
放电功率对溅射速率也有较大的影响。例如在rf供电情况下，rf功率的大小通过影响样品表面直流偏压的大小来影响撞击样品表面粒子的密度和能量，从而对溅射速率产生影响。在一定气压下，增加功率，直流偏压增加，样品表面单位时间溅射产生的粒子增加，即溅射速率增加。放电功率过小会使信号强度较低，从而导致灵敏度降低，不利于样品成分尤其是痕量元素的准确测定；而功率过大会使样品溅射过快，导致单位时间内溅射的深度太大，降低了深度分辨率。不同放电功率下黄铜样品溅射坑形貌如图5．3所示。
图5．3 不同放电功率下黄铜样品溅射坑形貌［18］
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