Диссертация (1097947), страница 37

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 37)

СВЧ мощность188подводится к разрядной камере посредством прямоугольного волноводного тракта, имеющегоразмеры в поперечном сечении 7234 мм2. Уровни отражения падающей СВЧ мощностидостаточно велики. СВЧ генератор защищается циркулятором. Измерительная линияиспользуется для определения коэффициента стоячей волны напряжения и отраженной СВЧмощности Wref от СВЧ нагрузки, которая состоит из коаксиально-волноводного перехода,коротко - замыкающего поршня, трех - шлейфового трансформатора и разрядной камеры.

Этопозволяет контролировать величину СВЧ мощности Wab , поглощенной НТП. Она определяемойразностью между подводимой СВЧ мощности Win и отраженной СВЧ мощности Wref ,Wab  Win  Wref . Мощность Wabs , поглощенная плазмой меньше, чем Wab . Учет дополнительныхпотерь мощности в системе, выполнены посредством её измерения в камере без плазмы.Определенные таким образом значения Wabs лежат в диапазоне от 15 до 20 Вт.

Разряднаякамера представляет собой металлический цилиндр диаметром 15 см. С торца, расположенногов верхней части разрядной камеры, через вакуумный переход вводится антенна - электрод.Антенна - электрод представляет собой цилиндрическую трубку диаметром 6 мм, изнержавеющей стали. Также в качестве антенны использовались медный цилиндрическийсплошной или трубчатый электрод диаметром 5 мм. Электродный СВЧ разряд поддерживаетсявокруг антенны (возбуждающего электрода). На рис. 65 и 66 приведены фотографииэлектродного СВЧ разряда в азоте. Разряд обладает осевой симметрией. Он состоит из яркойтонкой приэлектродной пленки и окружающей ее светящейся сферической структуры,отделенной от темного внешнего пространства резкой границей.

Свечение вдоль поверхностисферы разряда неоднородно: менее яркое у поверхности антенны со стороны СВЧ генератора инаиболее яркое с противоположной стороны. Типичный объем, который занимает электродныйСВЧ разряд в азоте при давлении 0.5 Тор, достигает 24 см3. Характерный размер области,занимаемой разрядом, составляет Rp=18 мм. Вакуумная система позволяла откачиватьразрядную камеру до 10-3 Тор.

Исследование эмиссионных спектров электродного СВЧ разрядавыполнено в проточной системе (20 – 1000 станд. см3/мин) в азоте при давлениях 0.5–15 Тор.Азот вводится в камеру либо через канал в электроде (внутренний диаметр 3 мм), или черезотверстие в верхней крышке камеры. Контроль и управление давлением и расходом газаосуществляется с помощью автоматической измерительной системы с дозирующем вентилем.Спектральные исследования электродного СВЧ разряда в азоте выполнены в сечении,перпендикулярном оси симметрии электрода - антенны (рис.

60, параграф 2.1). Излучениеразряда отбирается через окно в боковой стенке разрядной камеры.Для спектральных исследований электродного СВЧ - разряда также применяютсяспектрометры типа AvaSpec–2048–USB2 и четырех - канальный спектрометр AvaSpec–2048–4–189RM [1080, 1082], использующие при регистрации эмиссионных спектров волоконную оптику ссистемой собирающих кварцевых линз.Таблица 8. Характеристики спектрометров.СпектральныеТип спектрометрахарактеристикиAvaSpec–3648AvaSpec–2048–4RM11.25.36Ddis , нм/ммrad , нмAvaSpec–204819.60.50.060.6010.8 (690.752 нм)23.0 (470.4625 нм)3.5 (435.8335 нм)20.0 (546.0 нм)4.5 (435.8335 нм)24.5 (546.0 нм)d sp , мк12.8 (690.752 нм)28.0 (470.4625 нм)502550N dif , штр/мм3001200600N DAsp , нм3648175–7402034350–5002034190–7501/ 2rad, см-1e rad , см-1Примечание.

sp - рабочая спектральная область; d sp - размер входной щели; N dif число штрихов дифракционной решетки; N DA - число светочувствительных диодов CCDдетектора; Ddis - обратная линейная дисперсия; rad - полуширина аппаратной функции пополувысоте (уровню ½).Для калибровки спектрометров по длинам волн, определения спектрального отклика иаппаратной функции оптической системы применяются эталонные источники излучения:газоразрядная лампа низкого давления ДРГС–12 и градуированная ленточная вольфрамоваялампа СИ–8–200 [1079, 1085, 1262].

Ширина аппаратной функции оптической системыопределяется в предположении, что её величина много больше, чем истинная ширинаатомарных линий излучаемых лампой ДРГС–12. Для определения спектральной шириныаппаратной функции спектрометра AvaSpec-3648 из спектра испускания лампы ДРГС–12 быливыбраны две спектральные линии атома ртути Hg на длинах волн  = 470.4625 нм (переход5d 10 8g 2G9/2  5d 10 5 f 2 P7/2 ) и  = 690.752 нм (переход 5d 10 6s  2S  8 p 3P2  5d 10 6s  2 S  7s 3S1 )[275, 313, 315, 1264–1266, 1277, 1279].

Для спектрометров AvaSpec–2048–4RM и AvaSpec–2048определение спектральных ширин аппаратных функций выполнены с использованием линийатома ртути Hg на длинах волн  = 435.8335 нм и  = 546.0750 нм переходов5d 10 6s  2S  7s 3S1  5d 10 6s  2 S  6 p 3P1 и 5d 10 6s  2S  7 s 3S1  5d 10 6s  2S  6 p 3P2 , соответственно[275, 313, 315, 1264–1266, 1277, 1279]. Спектральные ширины аппаратной функции в единицах190волнового числа приведены в таблице 8.

В экспериментах с электродным СВЧ разрядомаппаратныефункцииаппроксимируютсяпрофилемГаусса.Абсолютныеизмеренияинтенсивности излучения электродного СВЧ разряда выполнены с помощью метода сравнения[73, 277, 282, 288, 292, 301, 381, 1080, 1082, 1085, 1262, 1267]. В разрядной камере применяютсякварцевые окна (материал КУ–1), прозрачные для ближнего ультрафиолетового и видимогоизлучения длин волн =170 – 2000 нм. Фотометрические измерения абсолютных иотносительных интенсивностей излучения выполнены в диапазоне длин волн от 200 до 745 нм.Рис.82.

Обзорный эмиссионный спектр электродного СВЧ разряда в азоте. Давление p=1Тор, объемный расход газа 20 см3/мин, падающая СВЧ мощность Pin=60 Вт: пунктирная линия приэлектродная область разряда; сплошная линия - сферическая область разряда. Эмиссионныйспектр записан с помощью спектрометра типа AvaSpec–2048–USB2Рис.83.РасчетныйN2 C 3u , vC  B3 g , vB(линии-1,2и3)иизмеренный(точки)спектрыдиапазоне длин волн 325 – 360 нм в приэлектродной области СВЧразряда. Давление p=1 Тор, расход газа 20 см3/мин и Pin=70 Вт: 1- Trot  C 3u  = 900 К; 2Trot  C 3u  = 700 К; 3- Trot  C 3u  = 550 К.

В верхней центральной части рисунка - зависимостьTrot  C 3u  от подводимой СВЧ мощности Pin. Эмиссионный спектр записан с помощьюспектрометра типа AvaSpec–2048–USB2191Рис.84.РасчетныйN2 C 3u , vC  B3 g , vB(линии–1,2и3)иизмеренный(точки)спектрыв диапазоне длин волн 360 – 382 нм в приэлектродной области СВЧразряда. Давление p=1 Тор, расход газа 100 см3/мин и Pin=70 Вт: 1- Trot  C 3u  = 575 К; 2Trot  C 3u  = 675 К; 3- Trot  C 3u  = 775 К. В верхнем левом углу - зависимость Trot  C 3u  от p.Эмиссионный спектр записан с помощью спектрометра типа AvaSpec–2048–USB2Рис.85. Расчетный (линия) при Trot  C 3u  = 700 К и измеренный (точки) спектрыN2 C 3u , vC  B3 g , vBв диапазоне длин волн 396–420 нм.

Экспериментальные условия какна рис. 84. В верхнем правом углу рисунок, иллюстрирующий сравнение рассчитанных (линии 1, 2 и 3) и измеренных спектров (точки) полос 1–4, 0–3, 3–7, 2–6: 1- Trot  C 3u  = 800 К; 2Trot  C 3u  = 700 К; 3- Trot  C 3u  = 600 К. Эмиссионный спектр записан с помощьюспектрометра типа AvaSpec–2048–USB2192Рис.86. Рассчитанный (сплошная линия) и измеренный (точки) спектры излучениявторой положительной системы азота и первой отрицательной системы иона азота вприэлектродной области СВЧ разряда.

Давление 1 Тор, падающая СВЧ мощность Win = 60 Вт,проток газа осуществляется через отверстие в верхнем фланце. Расход газа 20 – 1000 см3/мин.Эмиссионный спектр записан с помощью четырех - канального спектрометр AvaSpec–2048–4–RM.Рис.87. Измеренный (сплошная линия - 1) и расчетный (пунктирная линия – 2,Trot  B3 g   1080  150К)спектрыизлученияпервойположительнойсистемыN2  B3 g  A3u  молекулы азота в диапазоне длин волн  =560 – 692 нм в приэлектроднойобласти СВЧ разряда в азоте при давлении p  15.0 Тор, расходе газа Qsum  4.0 л/чиподводимой СВЧ мощности Win = 108 Вт.Рис. 82 – 87 иллюстрируют обзорные спектры и применение вычислительных кодов длярасчета спектров испускания, определения ФРВУ и ФРКУ молекулы азота в состояниях в C 3 uиB 3 g , значений Tgв электродном СВЧ разряде.

Спектральный состав излученияприэлектродной и сферической областей электродного СВЧ разряда одинаков. Во всемисследуемом диапазоне давлений от 1 Тор до 15 Тор, спектр излучения разряда в диапазонедлин волн λ= 220 – 360 нм состоит из полос, принадлежащих: переходам секвенций Δv= +2, 0 и+1 N2  C3Πu  B3Πg  азота; двойным кантам P1 и P2 , соответствующим переходам γ- системы193NO  A2 Σ +  X2 Π  и β- системе NO  B2 Π  X2 Π  окисла азота NO ; системе OH  A2 Σ +  X2 Π OH -радикала (рис. 82 и 83).

Присутствие полос молекулы окисла азота NO и OH - радикалаобъясняется наличием загрязнений в разрядной камере. Спектр разряда в интервале длин волнλ= 320 – 382 нм характеризуются присутствием полос секвенций Δv =0, -1, -2 N2  C3 Πu  B3Πg (рис. 83 и 84). Интенсивность полосы секвенции Δv =0, за исключением полосы (0-0), намногоменьше, чем интенсивности полос секвенций Δv =-1 и Δv =-2. Эти полосы выбраны дляисследования ФРВУ и ФРКУ молекулы азота состояния C3Π u , а также для определениявращательной Trot  C3Πu  и поступательной температуры Tg .

Характеристики

Список файлов диссертации