The Advanced Plasma Source (APS), a gridless hot cathode glow discharge capable of generating an ion beam with an energy of up to 150 eV and a flux of 1019s−1, is a standard industrial tool for the process of plasma ion-assisted deposition (PIAD). This manuscript details the results of recent experimental and modeling work aimed at a physical understanding of the APS. A three-zone model is proposed which consists of (i) the ionization zone (the source itself) where the plasma is very dense, hot, and has a high ionization rate, (ii) the acceleration zone (of ∼20 cm extension) where a strong outward-directed electric field accelerates the primary ions to a high kinetic energy, and (iii) a drift zone (the rest of the process chamber) where the emerging plasma beam is further modified by resonant charge exchange collisions that neutralize some of the energetic ions and generate, at the same time, a flux of slow ions.
先進プラズマ源（APS）は、最大150 eVのエネルギーと10¹⁹ s⁻¹のフラックスを持つイオンビームを生成できるグリッドレス熱陰極グロー放電であり、プラズマイオン支援蒸着（PIAD）プロセスにおける標準的な工業用ツールである。本稿では、APSの物理的理解を目的とした最近の実験およびモデリング研究の成果を詳述する。3ゾーンモデルが提案されており、それは以下の領域から構成される：（i）イオン化ゾーン（源自体）—プラズマが非常に高密度で高温であり、高いイオン化率を有する領域、（ii）加速ゾーン（約20 cmの広がり）—強い外向き電界が一次イオンを高い運動エネルギーまで加速する領域、および（iii）ドリフトゾーン（プロセスチャンバーの残りの部分）—発生したプラズマビームが共鳴電荷交換衝突によってさらに改変され、一部の高エネルギーイオンが中和されると同時に、低速イオンのフラックスが生成される領域。