Диссертация (1103131), страница 13
Текст из файла (страница 13)
а) падающая мощность 30 Вт, максимальное значение 1340.902 В/см; б) падающая мощность 45 Вт,максимальное значение 1412.019 В/см; в) падающая мощность 60 Вт, максимальное значение 1496.981 В/см.75Рис.4.6. Двумерные распределения рассчитанных концентраций атомов водорода в состоянии 3s3p3d (ответственных за излучениелинии H при разных уровнях добавки аргона при полном давлении 1 Тор и падающей мощности 60 Вт. а) чистый водород,максимальное значение 361; б) уровень добавки аргона 3%, максимальное значение 343; в) уровень добавки аргона 6%, 329.76Рис.4.7. Двумерные распределения рассчитанных концентраций атомов водорода в состоянии 3s3p3d (ответственных за излучениелинии H при разных падающих мощностях при полном давлении 1 Тор и уровне добавки аргона 5%.
а) падающая мощность 30 Вт,максимальное значение 294; б) падающая мощность 45 Вт, максимальное значение 309; в) падающая мощность 60 Вт,максимальное значение 329.7778Для объяснения полученных результатов моделирования проведено сравнение срезультатами измерения интенсивности излучения линии Н при разных концентрацияхдобавкиаргона(рис.4.8).Посколькуизменялосьаксиальноераспределениеинтенсивности излучения линии Н, то на рис. 9 – 11 показаны аксиальные распределениярассчитанных характеристик разряда. Эти результаты содержатся в статье [130].Из рис.
4.8 видно, что, как и в случае добавки аргона к азоту [96], интенсивностьизлучения линии Н уменьшается при добавлении аргона (при переходе от 0% до 5 %аргона интенсивность уменьшается на 14%). Заметим, что эффект значительно слабее, чемэто наблюдалось в случае азота: при тех же изменениях концентрации аргонаинтенсивность излучения полос N2(C3u) уменьшается на 30 % .
Объяснение этому будетдано ниже.Рис.4.8. Аксиальные распределения измеренных интенсивностей излучения линии H вЭМР при разных концентрациях аргона при полном давлении 1 Тор и падающеймощности 90 Вт.Рис. 4.9 показывает, что на оси концентрация атомов водорода в состоянии 3s3p3d,а, соответственно, иинтенсивность излучения линии Н уменьшается на 20 % приизменении концентрации аргона от 0 до 5 %. Это согласуется с данными экспериментов.Добавление аргона приводит к уменьшению СВЧ поля (рис.4.10) и аксиального потокаионов, определяющего уход заряженных частиц из объема (рис.4.11). Ионная компонентаплазмы состоит из ионов H3+ (основной ион, максимум концентрации которого удален от79электрода) и ионов H2+, Ar+ и ArH+ (имеют одинаковые пространственные распределениясмаксимумамивблизиэлектрода).КонцентрацияионовArH+соизмеримасконцентрацией ионов Ar+, а концентрация ионов H2+ более, чем на порядок превышает ихконцентрацию.
Расчеты также показали, что при добавлении аргона полное числозаряженных частиц в разрядной камере (определяется интегрированием распределенияконцентраций по всему объему камеры) уменьшается примерно на 12 %. Концентрацияэлектронов и ионов H3+, как показали расчёты, приведённые на рис. незначительно растетв максимуме, но распределение становится более компактным и прижимается кэлектроду.
Следовательно, изменяется и структура разряда. Полный энерговклад в разрядуменьшается на 10-15%. Интегральное по объему и спектру (400-100 нм) излучениеразряда, измеренное с помощью ССД камеры К-008, уменьшается на такую же величину.Известно, что интенсивность излучения пропорциональна поглощенной мощности.Рис..4.9. Аксиальные распределения рассчитанных концентраций атомов водорода всостоянии 3s3p3d (ответственных за излучение линии H) в ЭМР при разныхконцентрациях аргона при полном давлении 1 Тор.80Рис.4.10.
Аксиальные распределения рассчитанного СВЧ поля в ЭМР при разныхконцентрациях аргона при полном давлении 1 Тор.Рис..4.11. Аксиальные распределения рассчитанного модуля потока ионов H3+ наэлектрод в ЭМР при разных концентрациях аргона при полном давлении 1 Тор.81Как и в случае азота, эффект влияния аргона связан не с изменением скоростиионизации, а с уменьшением скорости ухода заряженных частиц и, как следует изуравнения баланса заряженных частиц, вызванной этим уменьшением напряженностиСВЧ поля и скоростей возбуждения частиц электронным ударом.
Поскольку порогиионизации H2 и Ar близки (15.43 и 15.8 эВ, соответственно), то наблюдаемый эффектсвязан с различием в транспортных коэффициентах (подвижности и коэффициентыдиффузии) ионов H2+ и Ar+. Эти коэффициенты для ионов аргона меньше, чем для ионовH2+ и H3+.Теперь можно вернуться к выяснению вопроса, почему, несмотря на одинаковыймеханизм влияния добавки аргона, эффект значительно более сильный в случае азота.Связано это с тем, что в случае азота важным механизмом гибели ионов Ar+ был процессионной конверсии этих ионов в ион N2+ ( Ar N 2 1 g N 2 Ar (1S 0 ) ) [96]. Этопривело к тому, что максимумы концентраций ионов Ar+ и N2+ оказались разнесенными впространстве. Максимум концентрации ионов Ar+ располагался ближе к электроду вобласти меньших концентраций N2+.
Это усилило роль ионов добавки.Таким образом, в случае добавки аргона к водороду наблюдается эффект влияниядобавкивчистомвиде,неусложненныйдополнительнымипроцессамиион-молекулярных реакций.§ 4.5. Выводы к главе 4Проведеносамосогласованноемоделированиеразряда.Онооснованонасовместном решении уравнений Максвелла, уравнения Пуассона, уравнения Больцмана ибалансных уравнений для заряженных и нейтральных частиц плазмы.Анализрассчитанныхпространственныхраспределенийионнойкомпоненты плазмы (ионы Н2+, Н3+, Ar+), распределения постоянного поля в окрестностиантенны и потока ионов на нее позволил определить механизм влияния малой добавкиаргона на параметры разряда в водороде.
Несмотря на то, что в общем балансезаряженных частиц ион Ar+ составляет малую долю, вблизи электрода его роль велика.Дополнительный (по сравнению с разрядом в чистом водороде) ион уменьшаетсуммарныйпотокионовнаэлектрод.Посколькувсамостоятельномразряденапряженность поля, которое создаёт плазму (СВЧ поле) определяется балансомзаряженных частиц, то уменьшение потока заряженных частиц на поверхность электрода82вызывает уменьшение скорости их рождения. Ионизация происходит в результатеэлектронного удара и зависит, при прочих равных условиях, от напряженности СВЧ поля.Следовательно, при добавлении аргона напряженность поля должна уменьшиться, чтоведет к уменьшению интенсивности излучения линий водорода, а также к изменениюпараметров плазмы (концентраций заряженных частиц, энерговклада в плазму иструктуры разряда).Ранее экспериментально было показано, что добавление нескольких процентоваргона к водороду при неизменной падающей мощности ведет к уменьшениюмаксимальных значений интенсивностей излучения линий атомарного водорода.Результаты 2D-моделирования качественно согласуются с результатами экспериментов.Результаты показывают, что возможности использования газовых добавок длядиагностики плазмы должна быть проанализированы в каждом случае.
В рассмотренномслучае метод оптической актинометрии не может быть использован. С другой стороныони показывают, что даже малые добавки инертного газа могут использоваться дляуправления параметрами плазмы.Эти результаты представлены в [130, 172 - 176].83ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕГО ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯНА СВОЙСТВА НЕОДНОРОДНОГО МИКРОВОЛНОВОГО РАЗРЯДА ВВОДОРОДЕ ПРИ ПОНИЖЕННЫХ ДАВЛЕНИЯХ§ 5.1. Введение.Исследованиевозможностейуправленияпараметраминеравновеснойнизкотемпературной плазмы является важной проблемой физики плазмы. Без ее решенияневозможна реализация всех направлений развития физики плазмы и ее применений,перечисленных в дорожной карте [177]. Управление параметрами плазмы осуществляетсяизменением энерговклада и давления, подбором состава плазмообразующего газа.Перспективнымэлектрическихнаправлениемполей разныхявляетсячастот.использованиевнешнихмагнитныхИспользование комбинированныхиразрядовоказывается эффективным, если требуется использовать положительные свойства каждогоиз разряда, если необходимо получать разряд при уровнях мощности, недостаточных дляподдержания разряда или реализовывать разряд в более широком диапазоне внешнихпараметров, увеличивать стабильность плазменных систем и т.д.Так, внешние магнитные поля используются для улучшения согласованияразрядного устройства с микроволновым генератором [178].
Неоднородные магнитныеполя вызывают ускорение плазмы и транспорт частиц плазмы в направленииуменьшающегося поля [179]. Это используется для интенсификации воздействия плазмына обрабатываемые образцы [180 - 182]. Магнитные поля позволяют защищать стенкиреактора и диэлектрические окна от воздействия плазмы [183]. Уменьшение потерьзаряженных частиц на стенках позволяет уменьшать напряженность микроволновогополя, необходимую для поддержания разряда. Для получения плазмы в больших объемахиспользуется плазма в мультипольном окружении [20].В [18, 184] описаны комбинированные СВЧ-ВЧ системы, в которых плазмасоздавалась СВЧ источником, а ВЧ поле обеспечивало постоянное смещение подложки впроцессе ее обработки.Использование постоянных полей позволяет, в зависимости от полярности, какувеличивать, так и уменьшать порог возникновения мультипакторного разряда уповерхности диэлектрика [185].84В [186] описаны возможности управления параметрами ВЧ разряда с помощьювнешнего магнитного поля и введения дополнительного электрода, запитываемого отисточника постоянного тока [186].В [187] описана плазменная горелка, к которой использована комбинация дуги имикроволнового разряда для увеличения размеров и энтальпии дуги.Таким образом, комбинация полей позволяет управлять параметрами плазмы иизменять ее характеристики.Настоящая глава продолжает исследования влияния внешнего постоянного поля нанеоднородный электродный микроволновый разряд в водороде, описанные в [188, 189].Было показано, что постоянное поле изменяет структуру и форму разряда.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
