Диссертация (1105074), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Искривление силовых линий приводит кизменению траекторий движения электронов и положения плазменного81столба. Рост давления приводит к уменьшению длины свободного пробега иисчезновению плазменного столба.Другой особенностью разряда, проявляющейся при низких давлениях,является ограничение области существования разряда в ряде случаев состороны больших магнитных полей. Превышение некоторой критическойдля каждого набора внешних условий величины магнитного поля B*приводит к переходу разряда в моду с низкой интенсивностью свечения илиего погасанию. Такой эффект в литературе обычно называют срывом разряда[40,42-46]. На рис. 3.1.2 показаны зависимости B* от мощности ВЧгенератора и давления аргона и гелия.
В случае если срыв разряда врассмотренномдиапазоневеличининдукциимагнитногополяне80806060В* (Гс)B* (Гс)наблюдался, значение B* на графике отмечено как B*=70 Гс.40Ar, 2МГц7.10-4Тор2МГц4МГц13МГц200150200250300350Pgen (Вт)а)40040Ar, 400Вт2МГц4МГцНе, 450Вт4МГц2001E-41E-30,01р (Тор)б)Рис.3.1.2. Зависимость B* а) от мощности ВЧ генератора и б) от давления аргона и гелия.Из рисунков видно, что положение срыва разряда смещается в областьбольших магнитных полей при увеличении рабочей частоты, мощности ВЧгенератора и давления. Обращает на себя внимание, что при рабочей частоте13.56 МГц в рассмотренном диапазоне по магнитному полю срывов разрядане наблюдается.
По-видимому, срыв разряда смещается в область магнитныхполей, превышающих 60 Гс.823.2. Аксиальное распределение зондового тока насыщенияВ виду наибольшей простоты с точки зрения реализации экспериментаколичественное изучение перераспределения параметров плазмы вдоль осиисточника плазмы с увеличением индукции внешнего магнитного поля былоначато с измерения аксиальных зависимостей зондового ионного токанасыщения i+ от индукции внешнего магнитного поля В при различныхвнешних условиях поддержания разряда.Вид типичных кривых i+(z,B) приведен на рис.3.2.1. Здесь и далеесерыми областями отмечены область расположения антенны (z=10-16 см) иразделительных фланцев (z=20-24 см). Как видно, при малых значениях В (В< 32 Гс) максимум ионного тока достигается в верхней газоразрядной камере.По мере роста магнитного поля наблюдается эффект «перекачки», т.е.смещение положения максимума i+(z,B) в нижнюю камеру.0.7мТор, 400Вт - 2МГц0 Гс14.4 Гс28.8 Гс43.2 Гс57.6 Гс1,252,01,5I (мА)1,000,751,00,500,50,250,00,0001020304005010202,530Z (см)Z (см)0.7мТор, 400Вт - 13.56МГц0 Гс14.4 Гс28.8 Гс43.2 Гс57.6 Гс72 Гс2,01,5I (мА)I (мА)0.7мТор, 400Вт - 4МГц43.2 Гс0 Гс57.6 Гс14.4 Гс28.8 Гс43.2 Гс57.6 Гс2,51,501,00,50,00102030Z (см)4050405083Рис.3.2.1.
Зависимость распределения ионного тока вдоль оси источника плазмы от величинывнешнего магнитного поля.Систематические измерения, выполненные в настоящей работе,показали, что соотношение между величинами ионного тока, достигаемыми вГРК и нижней камере источника плазмы, существенно зависит от условийэксперимента. В связи с этим для упрощения анализа результатовэкспериментов и оценки эффекта перераспределения зондового ионного токанасыщениявдольосиисточникаплазмыбылавведенавеличинаI ( z`) ,равная отношению ионного тока в области максимума в ГРКI ( z 36)(z`= 14 см) к ионному току в центре нижней вакуумной камеры (z = 36 см).
Всвязиспрактическойзначимостьювкачествевторойвеличины,использованной для анализа результатов экспериментов, было выбраноабсолютное значение ионного тока на оси нижней камеры при z=36 см.Наиболее сильные изменения (В), как показали эксперименты,происходят при увеличении частоты ВЧ генератора и давления рабочего газа.Рассмотрение результатов начнем со случая рабочей частоты 2 МГц –результаты измерений приведены на рис.
3.2.2.2МГц, 450Вт, гелий2МГц, 400Вт, аргон11мТор15мТор74мТор0.300,40.07мТор0.7мТорP·0,30.250,20.200.150,10.100.050,00.000102030B (Гс)а)40500102030405060В (Гс)б)Рис.3.2.2. Зависимость (В). Рабочая частота 2 МГц:а) 400 Вт, газ аргон; б) 450 Вт, газ гелийИз рис.3.2.2 видно, что рост магнитного поля приводит к увеличению , т.е. к увеличению значений зондового ионного тока насыщения в нижней84камере, по сравнению с соответствующей величиной, характерной для ГРК.Однако при всех рассмотренных B значения i+, измеренные в ГРК,существенно превосходят величины, характерные для нижней камеры; т.е. 1 .
Как отмечалось в разделе 3.1, область существования разряда причастоте 2 МГц ограничена со стороны больших магнитных полей. В связи сэтим дальнейшее повышение магнитного поля, которое предположительнодолжно было привести к увеличению i+ в нижней камере, оказалосьневозможным.Увеличениерабочегодавлениядаетвозможностьиспользовать большие значения внешнего магнитного поля вследствиесмещенияположениясрываразрядавсторонуростаОднакоB.использование больших давлений, как следует из рис.3.2.2, ведетодновременно к уменьшению . Таким образом, эксперименты показали, чтоэффект «перекачки» зондового ионного тока насыщения при работе начастоте 2 МГц при мощностях ВЧ генератора не выше 400 Вт, выраженотносительно слабо.Другая ситуация наблюдается при использовании более высокихрабочих частот: 4 и 13.56 МГц. На рис.
3.2.3 приведены зависимости (В),полученные при работе на частоте 4 МГц, на рис.3.2.4 – на 13.56 МГц.4МГц, 150Вт, аргон3,04МГц, 450Вт, гелий0.7мТор1.5мТор5мТор2,52,511мТор18мТор34мТор74мТор2,02,01,51,51,01,00,50,50,00,02025303540B (Гс)455055600102030405060B (Гс)а)б)Рис.3.2.3. Зависимость (В). Рабочая частота 4 МГц: а) газ аргон ; б) газ гелий85413.56МГц, 150Вт2,513.56МГц, 400Вт2,031,521,010,50.7мТор0.07мТор00102030B (Гс)400.7мТор0.07мТор0,050600102030405060B (Гс)а)б)Рис.3.2.4.
Зависимость (В). Рабочая частота 13.56 МГц, давление аргона 0.07 мТор,мощность а) 150 Вт; б) 400 ВтКак видно, аналогично случаю 2 МГц рост магнитного поля влечет засобой увеличение . Однако в отличие от предыдущего экспериментаиспользование при низких давлениях (давлениях аргона ниже 1.5 мТор идавлениях гелия ниже 34 мТор) рабочей частоты 4 МГц приводит к тому, чтопри определенных значениях внешнего магнитного поля В** величины i+ внижней камере начинают превосходить аналогичные значения, характерныедля ГРК, т.е.
становится больше единицы. Увеличение давления ведет кпонижению и смещению В** в область больших магнитных полей.Наглядно это можно видеть на рис.3.2.5. В таблице 3.1.1. приведены длинысвободного пробега электронов для условий эксперимента, соответствующихрис.3.2.5.864МГц, 400Вт, B=30ГсI (мА)1,51,00.15мТор0.7мТор1.5мТор0,50,001020304050Z (см)Рис.3.2.5. Уменьшение эффекта перекачки на 4 МГц с увеличением давления.Мощность 400 Вт, магнитное поле 30 Гс.Также обращает на себя внимание наличие немонотонной зависимости (В) при давлении аргона в камере источника 0.07 мТор.
На рис.3.2.6собраны данные различных экспериментов, посвященных влиянию величиныВЧ мощности генератора на ход зависимости (В).413.56МГц, 0.07мТор, аргон150Вт400Вт2,513.56МГц, 0.7мТор, аргон150Вт250Вт400Вт2,031,521,010,500,00102030B (Гс)4050600102030B (Гс)405060874МГц, 0.7мТор, аргон4МГц, 18мТор, гелий150Вт250Вт400Вт3.02.5300Вт450Вт600Вт2,01,51.52.01,01.00,50.50,00.00102030405060010B (Гс)2030405060B (Гс)2МГц, 0.7мТор, аргон150Вт250Вт400Вт0.50.40.30.20.10.001020304050B (Гс)Рис.3.2.6. Аксиальные распределения i+ в зависимости от величины внешнего магнитногополя для разных сочетаний внешних условий эксперимента.Влияние мощности ВЧ генератора на эффект перекачки нагляднопроявляется при рассмотрении (В), измеренных при различных частотахВЧ генератора.
Так, на рис.3.2.7 приведены зависимости от величинывнешнего магнитного поля, измеренные при работе на разных рабочихчастотах, для значений мощности ВЧ генератора 150, 250 и 400 Втсоответственно.Видно, что при мощности ВЧ генератора 150 Вт и магнитных полях В< 45Гс наибольшие значения наблюдаются при работе на частоте 13.56МГц. Однако при В > 45 Гс более высокие значения характерны дляразряда, горящего на частоте 4 МГц. Увеличение мощности ВЧ генераторасопровождается уширением диапазона магнитных полей, при которыхнаиболее интенсивная «перекачка» происходит при рабочей частоте 4 МГц.88Начиная с мощности 400 Вт, перекачка на 4 МГц становится максимальнойво всем диапазоне полей.3,0150Вт, 2МГц150Вт, 4МГц150Вт, 13.56МГц2,5250Вт:13.56МГц4МГц2МГц3I (мА)2,01,521,010,500,001020304050600B (Гс)102030405060В (Гс)а)б)2,52,0400Вт2МГц4МГц13.56МГц1,51,00,50,0-1001020304050607080B (Гс)в)Рис.3.2.7.
Зависимость перераспределения разряда от частоты для разных величин мощностиВЧ генератора. а) 150 Вт, б) 250 Вт, в) 400 Вт. Давление аргона 0.7 мТор.На рис.3.2.8 изображены зависимости абсолютной величины ионноготока насыщения от величины внешнего магнитного поля на разных рабочихчастотах для различных значений мощности ВЧ генератора. При мощностиВЧ генератора 150 Вт величина ионного тока в нижней камере источникаплазмы максимальна при работе на частоте 13.56 МГц. Увеличение величинывнешнего магнитного поля влечет за собой сближение при В ~ 60 Гсзначений i+, измеренных в разрядах, горящих на рабочих частотах 4 и 13.56МГц. При увеличении мощности ВЧ генератора до 250-400 Вт абсолютныезначения i+(B), измеренные при частотах 4 и 13.56 МГц в рассмотренномдиапазоне магнитных полей, становятся сопоставимы.
Таким образом, при89мощностях более 150 Вт использование частоты 4 МГц или 13.56 МГц недает преимущества с точки зрения абсолютных значений ионного тока внижней камере относительно друг друга.150Вт:13.56МГц4МГц2МГц1.63250Вт:13.56МГц4МГц2МГцI (мА)I (мА)1.20.8210.400.001020304050600102030B (Гс)405060В (Гс)а)б)6400Вт:13.56МГц4МГц2МГц5I (мА)432100102030405060В (Гс)в)Рис.3.2.8.
Зависимость ионного тока насыщения i+ от частоты для разных величинмощности ВЧ генератора: а) 150 Вт, б) 250 Вт, в) 400 Вт.Аксиальноеперераспределениеионноготокаприувеличениииндукции внешнего магнитного поля может быть вызвано следующимифакторами:1) изменением аксиальногораспределенияквазистационарногопотенциала плазмы,2) изменением аксиального распределения ВЧ полей,3) действием силы Миллера.90В настоящей главе далее представлены детальные исследованиязакономерностей аксиального изменения плотности плазмы совместно сизмерениями распределения потенциала плазмы вдоль оси ВЧ индуктивногоисточника.Аксиальное3.3.распределениеконцентрациииэффективнойтемпературы электронов, потенциала пространстваЗондовыеизмеренияпоказали,чтозакономерностиизмененияаксиального распределение концентрации электронов при варьированиивнешних параметров разряда качественно совпадают с рассмотреннымиранее аналогичными зависимостями ионного тока насыщения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
