Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 30
Текст из файла (страница 30)
В свою очередь ускорение обратно пропорционально массе частицы. Поэтому в одном и том же поле тормозное излучение электрона го))авдо мощнее тормозного излучения другой частицы, например протона. Интенсивность тормозного излучения пропорциональна квадрату атомного номера Л ядра, в пале которого торлгозится электрон, что счедует из закона Кулона. Спектр тормозного излучения непрерывен и ограничен максимально возможной энергией фотонов.
у~ланов распределение тормозного излучения зависит от кинетической энергии электрона Т, В нерелятивистском случае, ко~да Т,. < т„г. (т, — масса электрона), угловое распРеделение излучения подобно угловому распределению электрического диполя, перпендикулярного к плоскости траекторий электрона.
При ультрарелятивистских энергиях электрона, когда Т„. » т,с, тормозное излучение направлено по траектории движения г электрона и концентрируется в прелелах конуса с углам ?,", О = ' [рал]. та свойство используется для получения интенсивных пучков фотонов высокой энергии и у-квантов. В,а, магнитном поле ларморовское вращение релятивистских электронов в плазме приводит ь пая 'аявлению лчигнитотортозного или синхротронного излучения. Синхротронное излу- чение "ие обладает практически непрерывным спектром и сосредоточено в направлении мгнов новеннои скорости частицы в узком конусе с углом раствора у=лье ! Е, где т, '-- масса электрона, Š— ее энергия. Синх а Ратронное излучение лежит в ультрафиолетовой области спектра, а также в областях мягкого яь' испо го Рент~еновского излучения, Синхротронное изл> чение имеет хорошие перспектипользования в рентгенолитографических процессах микроэлектроники.
налог Рвльны 'огнчное излучение нерелятивистских частиц, движущихся по круговым или ениным траекториям, называется нинлатронным изчучениет, Излучение отдел~ной час- Часть !. Вакуумная и плазменная электроника 154 гицы в общем случае эллиптически поляризовано, большая ось эллипса поляризации расюложена в проекции магнитного поля. 1лазма может генерировать коряускулярлое !ылученле, формируемое за счет быстрых частию вылетающих из неравновесной плазмы в результате развития различного типа .!еустойчивостей. 5.5.
Диагностика плазмы !диагностика плазмы заключается в определении парал>етров плазмы, которые характери. !уют ее сосгояние. Диагностика плазмы весьма непростая процедура, поскольку плазма >вляется многокомпонентной неравновесной, неоднородной системой. :реди параметров, опредсляемых в процессе диагностики, следует отмстить; 3 форму и месторасположение плазмы; гшотность электронов ц, ионов и„атомов и„, фотонов; 3 статистические распределения этих частиц по скоростям; интенсивность излучения; Л коэффициент поглощения; Д частоту столкновений компонентов; 3 коэффициент диффузии. 1омешение да~чика в плазму искажает ее параметры. Как правило, используются бесконактные методы, в которых поле и излучение несут информацию о состоянии плазмы.
1спользуются пассивные и активные методы измерения параметров плазмы. Уассивяые методь! основаны на регистрации излучений и потоков частиц нз плазмы или !змерения характеристик окружающих полей. !кшивные методы основываются иа измерении харалтеристик внешнего зондирующего !злучения при его прохождении через плазму и на отклике плазмы на зондирующий луч.
!еленаправленное создание в плазме возмущений и исследование динамики их релакса!ии позволяют определить локальные характеристики гшазмы. динамика плазмы может ыть исследована с помощью скоростной опти !вской развертки. :пектроскопические исследования позволяют по излучению плазмы оценить значения онцентраций электронов а... ионов и, и т. д.
Вироко используются методы зондирования плазмы когерентным электромагнитныи олем. Это может быть как излучение СВЧ-диапазона, так и лазерное излучение в опта соком или ИК-диапазонах. В этом методе используются интерферометрические методь' змерений в схемах типа интерфсрометров Маха-- Цендера, Майкельсона. ондирование плазмы является самостоятельнои областью научных исследований. Задачи и упражнения ' >!я Число актов ионизации, совершаемое электроном на ! и дрейфоеого движения лектрон движется в неоне под действием электрического поля напряженность"э = бх!О В/и Давление газа р = 0,25 мм рт.
ст. Определить и — число актов ионизация. >вершаел>ых электроном на пути движения в 1 и. б 17лаэыенная электроника решение Сделаем ряд допущений; (з вероятность ионизации аппроксимируется зависимостями: и, = 0 при О < С'„пь = ! при и> Ей гз скорость хаотического движения электронов нс учитывается; (З при каждом соударенни электрон полностью теряет приобретенную им энергию. у электрона, движущегося в газе, вероятность свооодного пробега длиной более чем 1 будет пропорциональна ехр( — 11 Е). Поэтому из У свободных пробето«лишь %ехр(-11>) оудут по длине превосходить 1.
двигаясь вдоль поля Е, электрон на пути 1 приобретает энергию гтЕ1 пслц 1> (/, 1 Е, то энергия, приобретенная на этом пути, будет достаточна для нанизации молекулы газа, и, согласно первому допущению, ионизация будет иметь место. Таким образом, из 1у свободных пробегов электрона лишь Лсехр(-(Е1Е>.) будут приводить к ионизации. Нз этих допущений вытекает, что движение электрона будет прямолинейным.
На п>ти в 1 м он совершит Д соударений с молекулами газа; из них только Д ехр( †(I, 1 Е7,) будут приводить к иоиизации. Тогда а = ~Д ехр( — (1 /Е>) = О,. е яр(-О, рЮ! Е) = = 1520 0,25 ехр( (21,5 1520 0,25) 1 5000] = 74 м [б.2з( Вопьтаыперная характеристика газового разряда. Коэффициенты первичной и вторичной ионизация Таунсенда Катод плоскопараллельного вакуумного диода с однородным полем облучается слабым Ультрафиолетовым светом. Начертите вольтамперную характеристику от очень низкого напряжения вплоть до напряжения пробоя и кратко обсудите физические механизмы, которыми определяется форма полученной кривой. Предполагая, что плотность электронного тока на катоде равна /,, выведите выражение лля плотности тока положительных ионов на катоде. Коэффициент первичной ионизации Таунсенда обозначьте через а.
При достаточно высоком напряжении между электродами несамостоятельный разряд становится самостоятельным, и в этом случае говорят, что наступает пробой. Выведите условие пробоя через коэффициент ионизации а, длину ме'кэлектродного пространства г(и коэффициент вторичной эмиссии у. еешение Соот ответствующая вольтамперная характеристика приведена на рис. 5рь На ВА ВА>( можно выделить четыре различные области. По ' 1!оскольку катод облучается ультрафиолетовым светом, испускаются фотоэлектроны и 1„растет с увеличением >;,.
Об ' Область насыщения, т. е. все эмитированные электроны собираются анодом, Значение тока насыщения 1, зависит от ин~енсивности света. Поскольку освещение слабое, зто значение невелико. 3 ри г„» 1, наступает ионизация, и ток увеличивается (!', — потенциал ионизации газа). Часть ). Вакуумная и плазменная электроника )бб 4 дальнейщий рост тока связан с ггоявлеггием вторичных электронов, выбиваемых из катода в результате его бомбардировки положительными ионами. Рис. В.З. Вольтампериая характеристика газового разряда при УФ облучении В конечном счете, этот механизм при напряжении зажигания самостоятельного разряда Р приводит к пробою. При )'. =- 1;, как показано на рис.
5.4, а, ионизация может происходить в результате соударений на аноде. При )г„> )г, такие соударения могут происходить не только у самого анода, но и в глубине межэлектродного промежутка. При )г„> 2г; внутри лампы может иметь место вторичная ионизация и, таким образом, начнется увеличение тока. Эти два этапа показаны на рис. 5.4, б, е, соответственно. в) б) а) Рис. 6.4.
Схемы столкновений в процессах иснизации Рассмотренный механизлг носит название электронной лавины Таунсенда. Пусть./,, — плотность электронного тока на катоде и а — коэффициент первичной ионн зации Таунсенда, т. е. число новых электронов, создаваемых на единице ллины траекто рии первичного электрона. Пусть л, — число электронов, покидающих катод за 1 с, а п — число элелтронов, перес~ кающих за это же время сечение разрядной трубки в точке х (рис. 5.5). Рис. В.В. Схема процесса иоиизации в промежутке "катод — анод" 5 /улаэменная электРоника ))а последующем малом интервале бх каждый электрон создаст а Ьх новых электронов, Их число запишется в виде бп — = абх.
Интегрирование этого уравнения даст ) — = ) си/х. о Откуда 1п(п l и,) — — ах п -- икехр(абх), Ва аноде (х = г/) число электронов равно зг„= и„. ехр(аг/) . (5.2.1) Пусть п, — число положительных ионов, достигших катода. Тогда оно определяется сле- дующим выражением г~, = и„— и,, = и, ехр(аг/) — п,, = п,, (ех р(аг/) — !) .
Вообще говоря, электронный ток / =- г/п, а плотность тока где А — площадь поперечного сечения разрядной трубки. Следовательно, мы можем записать плотность тока положительных ионов на катоде в виде ,/, = /„(ехр(аг/) — !) . Пусть у — коэффициент вторичной эмиссии, обусловленной бомбардировкой катода пол"жительными ионами, равный числу электронов, вылетающих из катода под действием "диого положительного иона. Число ионов, достигающих катода, есть и, = п„— п,. Онн нн создают у (и„- п,,) вторичных электронов за 1 с.
П и р лавинном процессе и„= и,, ехр(аЫ) . Поэта тому оошее число электронов, эмитированных в секунду, определяется выражением п„= >~ е Х. п„(ехр(аН) — 1), п, (1 — у (ехр(сЫ) — 1)|= и . г)тою юда находим п, = 1 — у (ехраг/ — 1) п,ехрай п„= 1-у (схраг/ — !) Часть!. Вакуумная и плазменная электроника Следовательно, анодный ток /, окрас( /„= 1-у.
(скрал- 1) (5.2.2) где о — т / — ток в области насьпдения (рис. 5.4), Уравнение для плотности анодного тока имеет вил ,/ ехрат/ (5.2.3) 1 — у (охра — 1) Когда 1 — у.(ехр(аг/) — 1) > О, то./„-э о. Для этого должно выполняться условие у (ехраг( — !)>1, !+у скрад = —, у ' откуда получаем условие перехода несамостоятельного разряда в самостоятельный: !чу а/= )и —. Решение Иоявзайия — это процесс, при котором один или несколько электронов либо высво обождаются из атомов или молекул нейтрального газа, либо присоединяются к ним.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
