Диссертация (1102520), страница 19
Текст из файла (страница 19)
В связи с этим былосделано предположении о наличии, как минимум, еще одной быстрой группы электроновс энергией, превышающей 20эВ. Для проверки сделанного предположения быларассчитана дополнительная градуировочная кривая (рис. 4.12) в предположении, чтоэнергетическое распределение электронов в области энергий более 20эВ представляетсобойпучокмонокинетическихэлектронов.Оказалось,чтосогласиемеждуэкспериментальными и расчетными данными может быть достигнуто в предположении,что в разряде помимо медленных электронов, электронов с энергией 10−20эВ существуетещё одна группа быстрых электронов с энергиями 60-80 эВ (рис. 4.12).Рис.
4.11 показывает, что энергия быстрых электронов увеличивается приприближении к стенкам источника плазмы. Возрастание средней энергии электронов приприближении к стенкам источника плазмы было обнаружено также в работе [70] cпомощью зондового метода. Причина обеднения центральных частей разряда быстрымиэлектронами в индуктивном ВЧ разряде рассмотрена в теоретической работе [85].Обеднение объясняется тем,чтона быстрые электроны, которыеускоряются113азимутальным полем в пределах скин-слоя, действует центробежная сила [85],препятствующая их перемещению к центральным областям разряда.
Следует отметить,что описанный механизм работает при условии λ >> R .200 Втr=0r=19 см400 Втr=0r=19 см2 мТор-222d i /d V10Ne10-310203040eVp, эВ50аNer=0-222d i /d V102 мТор200 Вт300 Вт400 Вт10-310203040eVp, эВ50бРис. 4.10. ФРЭЭ, измеренные в центре (r = 0) и у стенок (r = 19 см) источника плазмы внеоне давлении 2 мТор при мощностях генератора Pgen = 200, 300 и 400 Вт..1142,8I5016/I47132,62,42,22,00510152025R, смРис. 4.11.
Радиальное распределение отношения интенсивностей спектральных линий5016 Å и 4713 Å.8501676I/I4713543210020406080100ε, эВРис. 4.12. Дополнительно рассчитанная градуировочная кривая в предположении, чтоэнергетическое распределение электронов представляет собой пучок монокинетическихэлектронов. Пунктиром отмечена экспериментально полученная величина отношенияспектральных линий НеI 5016 Å и 4713 Å в области скин-слоя.115Рассмотрим далее, как соотносятся величины концентрации и эффективнойтемпературы электронов nesk и Tesk, измеренные вблизи стенок источника плазмы, созначениями nec и Tec, существующими в центральных областях разряда.На рис. 4.13 − 4.16 представлены зависимости концентрации и эффективнойтемпературы электронов nesk, nec и Tesk, Tec от давления, измеренные в гелии, неоне,аргоне и криптоне при фиксированных мощностях ВЧ генератора.
Можно видеть, что придавлениях р<p1 концентрация электронов у стенок ниже, чем в центре. В областидавлений р>p1 концентрации электронов на периферии и в центре источника плазмысравниваются ивместе уменьшаются с ростом р. Значения p1 по порядку величиныблизки к 100 мТор, они зависят от мощности ВЧ генератора и величины атомного номераинертного газа А.
Чем тяжелее инертный газ, тем меньшее значение принимает давлениеp1. Напомним, что величина давления порядка 100 мТор является граничной величиной,при которой длина энергетической релаксации электронов сравнивается с толщиной скинслоя. Неудивительно при этом, что в области давлений р>p1 эффективная температураэлектронов в центре становится равна или ниже, чем на периферии. Наиболее отчетливопонижение эффективной температуры электронов в центре разряда зафиксировано вслучае аргона. В других инертных газах при большинстве мощностей ВЧ генератораразница в измеренных температурах электронов на периферии и в центре разряда невыходит за пределы погрешности измерений.Рассмотрим поведение эффективной температуры электронов в области давленийр<p1.
Здесь для описания поведения Tesk, Tec удобно ввести еще одно граничное давлениеp2. В области давлений р<p2<p1 эффективная температура электронов вблизи стеноквыше, чем в центре источника плазмы. Далее в диапазоне давлений p2<р<p1 эффективныетемпературы электронов в центральной части разряда и в области скин-слоя совпадают впределах погрешности эксперимента. Анализ рисунков 4.13 – 4.16 показывает, чтозначения p2, так же как p1, зависят от мощности ВЧ генератора и от рода газа. Так,величины p2, лежащие в диапазоне 1 – 10 мТор, убывают с ростом мощности ВЧгенератора и увеличением атомного номера инертного газа. Другими словами, ростмощности ВЧ генератора и увеличение атомного номера рабочего газа приводят в областир<p1 к выравниванию электронной температуры по радиусу источника плазмы (см. рис.4.17).
Это можно объяснить уменьшением направленной азимутальной скоростиэлектронов вследствие увеличения частоты столкновений. Напомним, что при давлениях1 - 10мТор длина свободного пробега электронов сравнивается с радиусом источникаплазмы.116200Вт-3ne, смHeHe200Вт15103x10r=0r = 19см2МГцr=0r = 19см2МГц10Te, эВ2x10101051x100-310-20-310-11010-210p, Торp, Тор-35x10104x10103x10102x10101x1010300 Вт152МГцr = 0смr = 19см300ВтHeHe-1r = 0смr = 19см2МГц10Te, эВne, см1050-310eskin10-210p, Тор4x10-110r = 0смr = 19см400 Вт15r=0r = 19см2МГц2МГц10Te, эВ10HeHe105x10-210p, Тор400 Вт-3ne, см0-310-1103x10102x105101x100-310-210100-310-1-210p, Тор106,0x10p, Тор500 Вт-3ne, см-110HeHer = 0 смr = 19 см152МГц500 Вт2МГцr = 0 смr = 19 смTe, эВ10104,0x105102,0x100,0-310-210p, Тор10-10-31010-2-110p, ТорабРис.
4.13. Зависимости концентрации (а) и эффективной температуры (б)электронов в центре (r = 0) и на периферии (r = 19 см), рассчитанные по известнымФРЭЭ, от давления гелия при мощностях ВЧ генератора Pgen = 300, 500 Вт.117-3100Втne, смNe104x10r=0r = 19см10100 ВтNe142МГцr=0r = 19см2МГц12Te, эВ3x10102x10101x101086420-3-210-11000101010p, Тор200 Вт-3ne, см1,0x10108,0x1010p, Тор-1100200 Вт12r=0r = 19 см2 МГц2МГцr=0r = 19см-210NeNe11-3108Te, эВ106,0x106104,0x104102,0x102101,0x10-36,0x10104,0x10102,0x1010p, Тор10-110010Ne2 МГцr=0r = 19 смTe, эВne, см10-310-210-1100109876543210118,0x10106,0x10104,0x10102,0x1010Ne-1010300 Втr=0r = 19 см2 МГц-3-210r=0r = 19 смNe810-1100400 Втr=0r = 19 см2 МГц2 МГц76Te, эВne, см-31,0x1010p, Тор400 Вт1,2x10-210Ne10p, Тор11-3p, Тор-38,0x10-2300 Вт11101054321-31010-210p, Тор-1100-310-21010-1010p, ТорабРис.
4.14. Зависимости концентрации (а) и эффективной температуры (б)электронов в центре (r = 0) и на периферии (r = 19 см), рассчитанные поизвестным ФРЭЭ, от давления неона при мощностях ВЧ генератора Pgen = 100,200, 300, 400, 500 Вт.1184x10103x10102x10101x1010Ar100 Вт2 МГц2 МГцr=0r = 19 смr=0r = 19 см4Te, эВ-3ne, см100 ВтAr532010-310-210-11010-3-21010p, Тор1,0x10118,0x10106,0x10104,0x10102,0x1010Ar200 Вт5r=0r = 19 смAr-1010200 Втr=0r = 19 см2 МГц2 МГц4Te, эВ-3ne, см10p, Òî ð32-3-210-11010101010-3-21010p, Тор111,0x10118,0x10106,0x10104,0x10102,0x1010Ar300 Втr=0r = 19 см100300 ВтAr52 МГц2 МГцr=0r = 19 см4Te, эВne, см-31,2x10-1p, Тор321010-310-2-1-3-2100101010p, Тор112,0x10Ar400 Втr=0r = 19 см10-1100p, Тор400 ВтAr4r=0r = 19 см2 МГц2 МГцTe, эВne, см-3111,5x10111,0x1032105,0x1010,010-310-210-110010-310500 Вт11Arr=0r = 19 см112,0x104Ar-1100500 Вт2 МГц2 МГцr=0r = 19 см3-3111,5x10Te, эВne, см10p, Торp, Тор2,5x10-2111,0x102105,0x1010,0-310-2-11010p, Тор010-310-2-11010010p, ТорРис.
4.15. Зависимости концентрации (а) и эффективной температуры (б)электронов в центре (r = 0) и на периферии (r = 19 см), рассчитанные поизвестным ФРЭЭ, от давления аргона при мощностях ВЧ генератора Pgen = 100,200, 300, 400, 500 Вт.119100 ВтKr4105x102 МГцr=0r = 19 см10103x10ne, смr=0r = 19 см3Te, эВ-34x10100 ВтKr2 МГц1022x101101x1000-3-2101010-1-3-21010p, ТорKr200 Вт1,5x10-110p, Тор200 ВтKr411r=0r = 19 см2 МГц2 МГцr=0r = 19 см1,0x10115,0x1010ne, смTe, эВ-332100,010-310-2-11010-310-2Kr300 ВтKr112,0x10r=0r = 19 смr=0r = 19 см2 МГц3Te, эВ-31,5x10ne, см300 Вт42 МГц11111,0x1010215,0x100,0-310-2100-110-3-210Kr400 Вт1x10114400 ВтKrr=0r = 19 см2 МГц3Te, эВ-3ne, см2 МГцr=0r = 19 см2x1010p, Тор1111-110p, Тор3x10-110p, Торp, Тор21010-310-2100-110-310p, Тор3x10112x10111x1011-110p, Тор500 Втr=0r = 19 см-2Kr42 МГц500 ВтKr2 МГцr=0r = 19 смTe, эВne, см-33210-31010-2p, Тор-110010-3-210-110p, ТорРис.
4.16. Зависимости концентрации (а) и эффективной температуры (б)электронов в центре (r = 0) и на периферии (r = 19 см), рассчитанные поизвестным ФРЭЭ, от давления криптона при мощностях ВЧ генератора Pgen =100, 200, 300, 400, 500 Вт.12059Ar 0.1 мТорr=0r = 19 см87Ar 6.3 мТорr=0r = 19 см4Te, эВTe, эВ65432321101502002503003504004505005500150200250300350400450500550Pgen, ВтPgen , ВтРис. 4.17. Зависимости эффективной температуры электронов в центре (r = 0) и напериферии (r = 19 см), рассчитанные по известным ФРЭЭ, от мощности ВЧ генераторапри различных давлениях аргона (для давлений аргона p = 0.1 и 6.3 мТор).В заключение раздела приведем интересные с практической точки зрениярадиальные распределения ионного тока насыщения. Результаты измерений показаны нарис.
4.18.Ar4i+, мА37Ar65i+, мА54 МГц-34,7*10 Тор-21,3*10 Тор-11,4*10 Тор-13,7*10 Тор-17*10 Тор2 МГц4-42*10 Тор-33.8*10 Тор-21.1*10 Тор-11*10 Тор-13.6*10 Тор-17*10 Тор322110-2 024608 10 12 14 16 18 20 22-202468r, сма-413.56 МГц10987654321010 12 14 16 18 20 22r, смбi+, смAr2*10 Тор-33.4*10 Тор-21.3*10 Тор0.13 Тор0.35 Тор0.7 Тор-20246810 12 14 16 18 20 22r, смвРис. 4.18. Изменение радиального распределения ионного тока в зависимости от давлениядля рабочих частот генератора f = 2; 4; 13,56МГц при мощности генератора Pgen = 500Вт.121Как видно, наиболее однородное радиальное распределение и максимальныевеличины ионного тока насыщения удается получить при давлении аргона порядка 0.1Тор.Максимальнаяобластьоднородностиэкспериментах, составляет величину порядка 20см.плазмы,полученнаявнастоящих1224.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
