直流放电分析和总结.docx

二、直流放电 二、直流放电 ●典型放电位形 ●放电电压-电流特性 ●放电特征区间 暗放电区 本底电离：宇宙射线和其它形式的电离。弱，但可以测量。 ①电流形成：没有电场加速电子产生的电离，辐射电离产生的离子、电子被电场加速。 ②验证方法：测量辐射放电的中和作用。 饱和区： 电子仍然没有得到产生电离的足够能量。但所有的电子、离子被收集。 典型饱和电流值在 pA 或 nA 数量级上，与辐射强度成正比，可以用于辐射计数器。 汤生区： 电子可以电离中性本底气体。 ①电子来源：光电子或二次电了发射，电子碰撞电离 ②电流增加过程：电子雪崩倍增，指数增加（C—E 段） ③汤森第一电离系数 英国物理学家汤生(J．S．Towsend)20 世纪初提出第一个定量的气体放电理论，即电子雪崩理论。 适用范围：非自持到自持的转变，仅仅考虑外部电场，没有考虑等离子体带电粒子对电场的影响。 汤森第一电离系数? ，是一个电子沿电场走过单位长度时平均电离碰撞的次数。 推导说明：(a)电子不是每次碰撞都能产生电离 能电离的碰撞 电子在两次碰撞间从电场加速获 得的能量 eEλ i ≥ 电离能 V ，即自由程足够大。 i N 次碰撞中，自由程大于λ i 的碰撞次数为 Nexp(-λ / ? ) ? 为平均自由程。 i e e （d）单位长度内的电子碰撞次数 N： 1 N= ? e 汤森第一电离系数? ? ? 1 ? e exp( ? ? ?i ) e 换成放电参数：气压、电场 V ? ? i i eE i ? ? Aexp(? B ) p E p B=AV i 参数 A、B 必须由实验来确定。每—种气体的 A、B 不同。 ④不同气体的汤森第一电离系数? ?  ? Aexp(? B ) p E p 气体 A B 离子对/（Torr?m） （V/(Torr?m)） Air 1220 36500 CO 2000 46600 2 H 2 1060 35000 HCI 2500 38000 He 182 5000 H O 1290 28000 2 Kr 1450 22000 N 400 10000 2 Hg 2000 37000 低折合电场下，He 的第一汤森第一电离系数? 最大 He 最容易击穿放电 最佳的大气压辉光放电气体。 ⑤汤森判据---自持放电条件 考虑离子轰击阴极产生的二次电子，忽略离子碰撞电离， 分析自持放电条件： 自持放电:不需要其他辅助电离，因靠自身能量维持，产生的电子数与损失的电子数相同。 （ （ 2 ）通过电离倍增电子数目增加 至 e ? d ，损失 1 个电d子n ? n ? dx （ 1 ）发射 1 个 ? n ? n 0 e ? x 阴极 阳极 V 电0 子？流 p 直流电源 （ 4 ） 离子轰击阴极产生 （ 3 ） 电 ? 1 离 次 数 二 次 电 子 数 量 ： ? ( e ? d ? 1 ) e ? d 产 生 的 ? 1 离 子 数 量 e ? d （ 5 ）自持放电条件： 阴极产生的电子等于阳极损失的电子数量 ? ( e ? d ? 1 ) ? 1 ⑥汤森判据---放电电压与 pd 值的关系 将? 的表达式带入自持放电条件得 ? Bpd ? ? 1 ? Apd exp?? V ? ? ln?1 ? ? ? ? b ? ? ? 两边再取对数得帕邢公式 V ? cpd b ? ? 1 ?? ln? Apd ln ?1 ? ? ?? ? ? ?? [曲线特性理解] 高 pd 值；低pd 值。 [应用]屏蔽----- 小 d 值----- 低 pd 值 接溅射电源 接溅射电源 接地 屏蔽 溅射靶 将V 视为 pd 的函数，可得最小V 对应的 pd 值 b b ? ? e ? 1 ? 2.718 ? 1 ? pd min ? A ln?1 ? ? ? ? A ln?1 ? ? ? ? ? ? ? 最小击穿电压为： V V min ? e B ln?1 ? 1 ? ? 2.718 B ln?1 ? 1 ? A ? ? ? ? ? A ? ? ? ? ? [应用指导]：(1)降低等离子体彩电微腔放电电压 MgO: ? 大，溅射产额低。 (2)降低照明放电电源的工作电压 充入杂质气体---- 杂质气体的电离电位低于基本气体的亚稳态激发电位，潘宁效应使放电气压降低。 [电负性气体对放电电压的影响] 电晕区： （电晕：单极放电，不完全放电） （1）产生条件及特征： 在高气压或电极距离较大等条件下，不能产生自持击穿（！！）放电。当一个或两个电极表面曲率半径很小时，电极间的存在极不均匀的电场，在局部强电场区（电极尖端、线、电极边缘）产生不完全击穿的自持放电。 电晕层 电晕层 在局部强电场区，中性气体被电子激发和电离，产生发出微光的薄层---