第4章 气体放电和低温等离子体.pptxVIP

第四章 气体放电和低温等离子体; 带电粒子在电磁场中的运动;4.1带电粒子在电磁场中的运动;2、径向电场;;;2、非均匀磁场;三、带电粒子在电磁场中的运动;带电粒子在径向电场中运动，还要受到轴向磁场的影响。径向力包括径向电场产生的电场力，轴向磁场产生的洛伦兹力，还有离心力。 横向力只有轴向磁场产生的洛伦兹力。电子和粒子的运动轨迹如图所示。;在真空电弧中，带电粒子的轨迹很复杂。在电场作用下做直线漂移运动，在磁场作用下做回转运动，在不断地碰撞中做扩散运动。;四、磁控管和电子回旋共振;当磁场强度一定时，带电粒子回旋运动的频率与速度无关，因此若施加于此频率相同的变化电场，则带电粒子将被接力加速，称为电子回旋共振。;一、碰撞- 能量传递过程;非弹性碰撞：若电子或离子的动能达到数电子伏以上，碰撞造成原子或分子的内部状态发生变化，例如造成原子激发、电离、分子解离、原子复合及电子附着等。这样的碰撞称为非弹性碰撞。;入射粒子向目标粒子的能量转移比率：;目标粒子内能与入射粒子动能之比的最大值：; 在利用气体放电的气相沉积和干法刻蚀中，离子每发生一次弹性碰撞，最多可以损失其全部能量。而发生一次非弹性碰撞，最多可以损失其全部能量的一半；电子在弹性碰撞中几乎不损失能量，而在非弹性碰撞时几乎把所有能量全部传递给中性粒子。;产生带电质点的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。;电离的方式：;为维持辉光放电，最为重要的碰撞即为电子碰撞电离。;;电子与原子碰撞的截面与原子的几何截面有关，而碰撞电离的有效截面还与电子的能量有关。;2、碰撞电离有效截面;由光辐射引起的气体分子的电离过程，称为光电离。 若光子能量大于气体分子电离能，则可能引起气体分子的光电离。;热电离;潘宁电离;中性亚稳原子之间的碰撞电离;一些金属的逸出功;电极表面的电子逸出 ;三、激发—亚稳原子的形成;2、电子碰撞激发截面;3、其他激发方式;4、亚稳原子在气相沉积中的作用;四、附着—负离子的产生（气体中负离子的形成）;五、回复—退激发光;回复过程放出光的波长与核外电子从???高能级返回较低能级的能量差有关。这对原子、分子来说是固有的。因此，对等离子体的发光光谱进行分析，可以确定等离子体中激发原子的种类。;六、解离—分解为单个原子或者离子;七、复合—中性原子或原子团的形成;39;带电粒子除了进行上述的空间复合之外，还可能在器壁上复合或者进入电极消失。;4.3 气体放电发展过程;电介质：不导电或导电率极小的物质。例如：空气、橡胶、纯净水。 电介质击穿：电介质变为导电通道的现象。 气体放电：气体电介质的击穿现象。 ;α过程：电子在电场作用下，向阳极加速运动，超过一定能量值后，与气体分子发生碰撞电离。一个电子产生了两个电子，重复这一过程，实现了电子的繁衍。定义α为电子对气体的体积电离系数，即每个电子从阴极到阳极的繁衍过程中，单位距离所增加的电子数。;要达到自持放电的条件，必须在气隙d内初始电子崩消失前产生新的电子（二次电子）来取代外电离因素产生的初始电子。;汤生理论的实质：;二、气体击穿的帕邢定律;对应于某一 pd 值，空气间隙的击穿电压最低，即Uz有极小值。;三、气体放电的伏安特性曲线;四、不均匀电场的放电;4.4 低温等离子体概述;一、什么是等离子体;52;二、 等离子体的基本概念; 等离子体的温度：;辉光放电、射频放电、低气压弧光放电产生的等离子体均属于低温等离子体。这种等离子体中，电子能量相对较高，且因质量小， 运动速度较大，这些电子与气体分子进行非弹性碰撞，使气体电离，产生新电子继续维持放电过程。在大多数离子气相沉积中，一般都是部分气体和金属原子被电子碰撞电离为离子。 随着气压升高，在弧光放电中，单位时间碰撞次数增加，电子与气体重粒子之间也会发生比较充分的动能交换，电子温度与离子温度、气体温度（中性粒子温度）逐渐趋于相等。则等离子体由非平衡态过渡到热平衡态。;二、 等离子体的基本概念;等离子体振荡频率：是指等离子体内部对发生电场产生屏蔽作用的时间响应尺度。;例如：若电磁波入射电离层等离子体中，如果电磁波的频率比等离子体的频率高得多，电子来不及响应，则电波能穿过电离层而传输。使用这种频率的电磁波，可以进行地球与人造卫星之间的通信。;二、 等离子体的基本概念;德拜屏蔽：如果在等离子体中施加电场，带电粒子将起到降低电场影响的作用。这种降低局域电场影响的响应，即等离子体对内部电场产生的空间屏蔽效应。德拜屏蔽使等离子体保持准电中性的特性。假设在浸入等离子体的两个表面上施加电压，表面将吸引等量的异性带电粒子。两个表面附近积累的带电粒子将屏蔽带电表面，使等离子体保持电中性。这时外加电压将集中在电极表面附近的德拜长度的距离中。 ;二、 等离子体的基本概念;在电子上的作用力指向等离子体内部，阻止了