Plasma parameters in positive voltage pulses of bipolar HiPIMS discharge determined by Langmuir probe with a sub-microsecond time resolution

Abstract

Určili jsme lokální parametry plazmatu měřením Langmuirovou sondou se submikrosekundovým časovým rozlišením během kladných pulzů napětí bipolárního vysokovýkonového impulzního magnetronového výboje využívajícího nevyvážený magnetron s titanovým terčem. Efekty amplitudy kladného napěťového pulzu a zpoždění mezi koncem záporného napěťového pulzu a začátkem kladného napěťového pulzu jsou zkoumány stejně jako prostorová závislost parametrů plazmatu na třech vzdálenostech od terče. Z výsledků byly určeny hodnoty průměrného toku energie iontů během kladného napěťového pulzu na substrát. Zjistili jsme, že časové vývoje parametrů plazmatu mají podobné průběhy, které jsou nezávislé na parametrech kladných napěťových pulzů a vzdálenosti od terče, byť hodnoty parametrů plazmatu se liší. Během počáteční části kladného napěťového pulzu byly zaregistrovány vysoké rozdíly (až 200 V) mezi plazmovým a plovoucím potenciálem doprovázené vysokou teplotou elektronů (až 150 eV) a výrazným poklesem hustoty elektronů (až o jeden řád). Po této části byly rozdíly potenciálů a teplota elektronů malé (< 2 V a ≤ 1 eV). Krátké zpoždění mezi koncem záporného napěťového pulzu a začátkem kladného napěťového pulzu stejně jako vyšší amplitudy kladného napěťového pulzu mají příznivý vliv na průměrný tok energie iontů během kladného napěťového pulzu na uzemněné i izolované substráty.