什么是潘宁放电？

1冷阴极潘宁源基本工作原理

冷阴极潘宁放电原理的结构来说明,一个圆筒作为阳极,在其两端放两电极,一般接相同电位作为阴极,将整个放电系统放入轴向磁场中。空间中残存的电子、离子，在电磁场的作用下，产生轮滚线运动，电子运动轨迹大大延长，导致它与中性气体分子的碰撞几率增大，提高了电离效率，使得这种结构在很低的气压下也能发生放电。

根据磁感强度B和气体密度n的大小可以将潘宁放电分成几类：①在气压很低、磁场很弱时不发生自持放电。②低气压放电模式，此时放电的基本特点是：由于磁场同伸展子横越磁场的速率远比离子慢，于是在放电空间内形成过剩的电子云，电子云使径向电位下垂，并在阳极附近形成鞘层；阳极电流随气压线性增加，这是潘宁电离计（PIG）的基础；此时并未在整个空间形成等离子体。③高气压放电模式，当气压大于1.3×10-2Pa,放电模式由低气压放电突然过渡到高气压放电。

低气压放电模式还可以细分为两种模式：①低气压低磁场（LMF）模式；②低气压高磁场（HMF）模式。

2 冷阴极潘宁离子源对磁场的基本要求

因为我们设计的离子源用于离子束辅助沉积（IAD），所以一般均希望工作在低气压的放电模式，这样才不至于影响电子束蒸发源的工作及膜料分子的运动。但是在低气压低磁场（LMF）模式下，放电电压对放电电流的影响比较小，放电电流很难通过改变阳极电压进行调节，这样的离子源使用起来是极不方便的。而在低气压高磁场（HMF）模式下，放电电流随放电电压的增大而增大，因此可通过改变阳极电压方便调节放电电流，这是我们希望的工作模式。可见，磁场在冷阴极潘宁离子源放电和维持过程中起着举足轻重的作用低气压LMF模式向HMF模式转换进的磁感应强度Bt由式（1）估算。

Bt={(16mvcUa)/[3evi(1+r)ra2]}1/2 (1)

其中e为电子电量，m为电子质量，vc为电子与中性气体碰撞频率，vi为电离频率，r为阴极材料的二次电子发射系数，Ua为阳极电压，ra为阳极筒半径。取典型值：Ua=1200V，ra=7.0×10-3m,e/m=1.76×10-21011C/kg, vi/ vc=0.2,r=0.2,得Bt=556Gs