HiPIMS技术利用高峰值靶功率密度产生高等离子体密度，实现高金属离化率，被视为是一种兼顾离子流量与能量的新兴等离子体源。其中，被离化的大量溅射粒子相比于传统直流磁控溅射中溅射的原子具有更高的能量和可控性，结合基体偏压技术可以有效提高膜层多方面性能。为了进一步提高HiPIMS沉积速率，突破离子能量控制对基体偏压的依赖，扩展其在工业上的应用，非对称双极HiPIMS（Bipolar pulsed HiPIMS，BP-HiPIMS）技术被提出。BP-HiPIMS在负的HiPIMS脉冲之后使用非对称反向正脉冲，施加的正脉冲可以加速离子，在不依赖基体偏压情况下控制入射到基体的离子能量，进一步提高沉积速率和膜层质量。
镀膜过程中等离子体环境对镀层质量及工艺控制有很大的影响，然而目前对BP-HiPIMS放电物理过程仍然研究尚浅，尤其对负脉冲转变为正脉冲后电荷粒子扩散过程、离子能量与流量调控机制仍不明晰。本文基于自研高时空分辨联合诊断平台，对BP-HiPIMS等离子体时间演变和空间分布特性进行系统研究。根据BP-HiPIMS复杂磁场、快速切换非对称双极脉冲电场的放电特点，本文采用电探针结合光谱仪对等离子体参量进行诊断研究。基于等离子体测量原理，对发射探针、Langmiur探针和延迟电位分析仪（RPA）的高精度数据采集与参数计算方法进行研究，设计适合于BP-HiPIMS的探针数据处理和可视化算法。同时，对运动系统和电源系统与上位机的通讯算法进行设计，编写BP-HiPIMS多参数时空分辨等离子体诊断上位机程序，实现了时间分辨率100ns，空间分辨率0.1mm尺度上BP-HiPIMS放电过程等离子体电位、电子密度、电子温度和离子能量分布的测量；利用时间积分光谱仪（OCEAN Optics QE Pro，OES）表征BP-HiPIMS等离子体的粒子发射强度，为BP-HiPIMS放电过程提供更为全面的概述。
通过对BP-HiPIMS等离子体参数演变的全面测量，表明正脉冲期间出现的反向放电现象与靶前方高亮火球的形成有相似性，并且将会在正脉冲期间提高整体空间中等离子体电位。对于不同的靶材料，反向放电主要位于磁控靶中心线上，且点燃反向放电的时间与放电参数相关。具体来说，随着气压的增加，不同金属靶材的点燃时间都呈现增加的趋势；而随着正脉冲和负脉冲幅值的增加，点燃时间都呈现缩短趋势。此外，在中心线和跑道上方都发现了电子加热，且磁阱中的电子密度降低。在反向放电期间，靶上方的接地罩成为阴极，提供了二次电子和离子损失通道，其中二次电子通过壁鞘层沿磁感线加速进入等离子体与原子碰撞产生激发和电离，由于金属原子具有更低的电离能，因此将会加速反向放电的点燃，提高等离子体电位，增加沉积离子能量。然而，过高的等离子体电位可能会导致壁的再溅射，向环境引入其他金属元素，对涂层体系造成污染。

 

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