Ein Lichtbogen entsteht, wenn es zu einer Entladung von elektrischem Strom über einen Spalt in einem Stromkreis kommt, typischerweise aufgrund eines Durchbruchs in der Isolierung oder einer Hochspannungssituation. Das Auftreten von Lichtbögen kann durch mehrere Faktoren beeinflusst werden, darunter die Reinheit des Zielmaterials, die Oberflächenstruktur, das Vorhandensein dielektrischer Partikel und der Schmelzpunkt der Zielbeschichtungsmaterialien.
Werkstoffe mit hohem Schmelzpunkt, wie Ti, Cr und Ta, neigen weniger zur Lichtbogenbildung als Werkstoffe mit niedrigerem Schmelzpunkt, wie Al und Cu. Dies liegt daran, dass Werkstoffe mit niedrigeren Schmelzpunkten anfälliger für die Auswirkungen der durch das elektrische Feld erzeugten Wärme sind, die sie zum Schmelzen bringen und einen leitenden Pfad für den Lichtbogen schaffen kann.
Ein Lichtbogen kann auch durch thermionische Emission oder Feldelektronenemission ausgelöst werden, wenn Metallelektroden in einem Vakuum Elektronen emittieren. Einmal ausgelöst, kann ein Vakuumlichtbogen fortbestehen, da die freigesetzten Teilchen durch das elektrische Feld kinetische Energie gewinnen, was zu Hochgeschwindigkeits-Teilchenkollisionen führt, die die Metalloberflächen erhitzen und den Lichtbogen aufrechterhalten.
Neben diesen Faktoren können auch der Gasdruck in der Lichtbogenzone, das Vorhandensein einer Lichtbogenstabilisierungsspule und das Verhältnis zwischen Lichtbogenspannung und Lichtbogenlänge die Stabilität des Lichtbogens beeinflussen. So ist der Lichtbogen bei höherem Gasdruck stabiler, und der Einsatz einer Lichtbogenstabilisierungsspule kann zur Aufrechterhaltung einer normalen Entladung beitragen, indem die Lichtbogensäule komprimiert und eine Streuung verhindert wird.
Außerdem spielt die Länge des Lichtbogens eine entscheidende Rolle für seine Stabilität. Eine kürzere Lichtbogenlänge führt zu einer stärkeren Veränderung der Lichtbogenspannung und des Stroms, während eine größere Lichtbogenlänge zu Instabilität oder Streuung des Lichtbogens führen kann. Daher ist die Steuerung der Lichtbogenlänge über die Lichtbogenspannung von entscheidender Bedeutung für die Stabilisierung des Lichtbogens.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Lichtbogenbildung durch einen Ausfall der Isolierung oder eine Hochspannungssituation verursacht wird und dass ihr Auftreten durch Faktoren wie die Reinheit des Targetmaterials, die Oberflächenstruktur, das Vorhandensein dielektrischer Partikel, den Schmelzpunkt der Targetbeschichtungsmaterialien, den Gasdruck in der Lichtbogenzone, das Vorhandensein einer Lichtbogenstabilisierungsspule und das Verhältnis zwischen Lichtbogenspannung und Lichtbogenlänge beeinflusst werden kann.
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