等离子体化学-3.ppt

第三章 等离子体的发生 3.1 等离子体的主要发生方法P107图3.1 3.1.1气体放电法 （1）?? 常用的电场类型：（按电场的频率不同：直流放电，低频，高频，微观放电等） a：直流：简单易行 b：低频：1~100KHz c：高频： 10~100MHz ，属于无线电波频谱范围，故称射频放电(RF放电)，常为13.56MHz. d：微波：超过1GHz ,(MW放电为2450MHz ) ，它能导致电子回旋共振，增加放电频率，有利于提高工艺质量。 （2）?? 主要放电形式P109图3.2， P111表3-1 3.1.2射线辐照法P1123.1.3光电离法 3.1.4激光等离子体（激光诱导） 只要光子的能量之和大于或等于电离能，电离过程便能发生。 注意：由于单光子能量小于原子，分子的电离能，如红宝石激光器的波长是0.69μm，单光子能量只1.78ev，因此单光子电离是不可能的。 P114 表3-2给出光子数s值。 3.1.5热电离法：主要由相互碰撞引起电离 3.2汤生放电理论 3.2.1汤生第一电离系数： 1：汤生第一电离系数：在放电过程中，设每个电子沿电场方向移动1cm距离时与气体分子或原子碰撞所产生的平均电离次数为α,则α叫汤生第一电离系数. 2:影响α的因素: (1):电子从电场中获取的能量在每次碰撞中损失怠尽。 (2):若电离的几率只取决于电子能量时: a: E电子能量E电离能,电离几率为0， b: E电子能量 E电离能,电离几率为1。 这时引入自由程 ,即电子行进1cm距离时与气体分子的碰撞次数为: 3.2.2电子数目增长函数 （4）?? 自持放电和非自持放电：P124 从上分析可知，不论α取何值，若i0 不存在时，即i0 = 0（外界电离剂停止作用）有i0 = 0，即放电停止。这为非自持放电。 要进行自持放电，必需要有除电子碰撞电离机制外的其他因素。 3.2.3自持放电条件和自持电流 在图3.2中（P109）当伏安曲线越过击穿点B时，外界电离剂停止后，也可放电，这为自持放电。P124的解释 。 一:正离子子碰撞引起的电离，即β过程 a：β是正离子碰撞电离系数，指一个离子在电场方向1cm行程中与气体分子碰撞所产生的平均电离次数，按图3.8描述P122。 b：当x面所在位置为x处时，圆筒中单位时间内流向阳极的电子数为：n=n0+np+nq,其中n0为外界电离剂单位时间,单位面积发射的电子数, np是在0~x区间内的圆筒部分中产生的电子数, nq是在x~dx区间内产生正离子数,同时产生nq个电子。 c:下面分析电子和离子对电离的贡献: 1:电子对dx间: 将有n0+np个电子从左向右进入dx中,这时碰撞电离为n0+npαdx 2: 离子对dx间: 另外有nq个正离子从右向左进入内,由这些离子产生的电离为nqβdx 3:单位时间在x~dx区间内产生的总电子数为(np的增量)： 消去上式中的nq可得: (3.23)P125 4:考虑到初始和边界: x=0时， ； 积分上式整理得 ： 即为单位时间到达单位阳极面积上的电子数。 讨论:当令β＝0, 得到 与前面仅考虑到电子碰撞时结果一致。 5:自持放电的判断根据:若所有粒子是一级电离且漂移速度相同,那么电流密度为:由 （3.26） （*）式中 为电流密度倍增率.当分母为0时,i为无限大,这就是自持放电的判据; 即 （3.27） 或者记为： （3.28） (**) 实验知:在同一电场同一长度上电子碰撞电离要比分子碰撞电离步频繁得多。即αβ, 这时(3.25)(3.26)可变为: （3.29） 要达到击穿,即为自持放电时: ，由于离子引起的