Про плазму

Визначення плазми

Плазма - це газ із заряджених частинок (як іонів, так і електронів) і нейтралів (атомів і молекул), а також фотонів. Більш конкретним він може бути охарактеризований як повністю або частково іонізований газ, який є електрично нейтральним в цілому, тобто кількість позитивних та негативних зарядів дорівнює. Часто вона розглядається як 4-й стан речовини, оскільки вона виникає при постачанні енергії до газу, хоча не існує різкого фазового переходу, як переходи від твердої до рідкої і від рідини до газу. Альтернативним найменуванням плазми є розсіювання світла внаслідок характерного світіння від плазми внаслідок зневоднення частинок із супутньою випромінюванням фотонів. На планеті плазма не виникає як природний стан, за винятком блискавок і полум'я, але в космосі плазма є найпоширенішою формою речовини. Штучно генерована газова плазма, однак, має численні застосування на службі людям. Плазма знаходиться в таких різноманітних областях, як джерела світла, нові види телевізійних екранів, в реакторах для експериментів з термоядерного синтезу тощо. Напевно, найбільш поширеним і найвагомітнішим є використання плазми при обробці матеріалів твердих речовин, а також гази, є. На відміну від плазми для злиття ці плазми є "холодними", тобто не в термодинамічній рівновазі, де газ знаходиться в низькій температурі, тоді як електрони мають енергії (температури), достатньо високі для іонізації, збудження, дисоціації та ін частина частинок газу.

Покоління плазми

Плазми для промислових застосувань при обробці матеріалу створюються різними джерелами плазми.

Плазм може бути сформований шляхом нанесення напруги між двома електродами в газі та при певній напрузі в залежності від тиску газу та відстані між електродами, в газі стане розбиття, так що газ стане провідним через іонізацію. Іонізація обумовлена ​​зіткненнями між електронами, прискореними до енергії іонізації електричним полем, і нейтральними частинками, наприклад, атомами. Кожне зіткнення, яке породжує один вільний електрон, може викликати нову іонізацію, але перший електрон також може знову зіткнутися, тому іонізація виявляється як лавинний процес. Зрештою цей процес досягає стійкого стану між поколінням і втратою заряджених часток. Втрата іонів та електронів із об'єму плазми може відбуватися шляхом рекомбінації та дифузії до границь плазми. Початок іонізації активується первинними іонами та електронами, які завжди присутні в будь-якому нейтральному газі, наприклад, через іонізацію за допомогою космічного випромінювання. Електрони, що не мають достатньої енергії для іонізації атома, можуть змінювати свою електронну структуру і збуджувати його, а при атомі де-ексекції фотон може випромінюватися. Рекомбінація заряджених частинок та зневоднення сприяють спалаванню, характерному для плазмових систем.

У найпростішому типі розсіяння світла застосовувана напруга є напругою постійного струму, і два електроди представляють відповідно катод та анод. Електричне поле не розподіляється рівномірно між електродами, що викликає відмінності в яскравості свічення. Найбільш інтенсивна частина розряду - "негативне світіння" поруч, але відокремлена від катода. Область між цим свіченням і катодом є "катодним темним простором" або "оболонкою космічного заряду", де потенціал різко падає. Через відсутність або дуже мало зіткнень і, отже, відсутність викидів фотонів у цьому регіоні виглядає темно. Позитивні іони будуть прискорені шляхом потенційного падіння через оболонку і зіткнуться з поверхнею катода. Це може спричинити викид вторинних електронів, відштовхнутих від катода, у негативне світіння і посилити іонізацію там. Іони також можуть вибивати атоми з катодного матеріалу, і цей ефект використовується для розпилення як джерело матеріалу, який буде наноситися. Якщо відстань між катодом і анодом досить довго стосовно ширини розряду, то може з'явитися інша область сяйва, "позитивний стовпчик". На аноді також є темний простір, але дуже тонкий.

Якщо катод оточений непровідним матеріалом, плазма не може бути піддана напрузі постійного струму через зарядку поверхні електродів. У цьому випадку можна встановити потужність електрода з радіочастотною (РЧ) напругою, щоб дозволити генерувати випуск. RF-викиди мають, як правило, більш ефективну іонізацію, ніж DC-розряд. Електрони мають дуже малу масу, і вони легко можуть стежити за коливаннями РФ, а іони просто дотримуються середнього поля часу. У випадку провідного катода може бути використаний блокувальний конденсатор між катодом і джерелом живлення для створення негативного зміщення постійного струму на катоді (насправді на обох електродів), і між електродами та плазмою може бути сформована проміжна зарядна оболонка . При RF-розряді іони будуть прискорені через цю оболонку, як у корпусі постійного струму.

Порожні катоди

Існування оболонок в геометріях порожнистого елект- роду може призвести до "додаткового" розряду - порожнистого катодного розряду (HCD), яке використовується в порожніх джерелах катода. У двоэлектродной системі з порожнистим негативним електродом (катодом) і більшим лічильним електродом (анод) HCD може виникати в порожнині катода одночасно з "звичайним" розрядом між катодом і анодом, якщо відстань навпроти стіни в порожнині приблизно рівні ширини негативного сяйва. Походження HCD - захоплення електронів всередині порожнистого катода, коли енергетичні електрони, що випускаються з однієї катодної стінки, прискорюються через оболонку до протилежної стіни. Коли вони досягають однакової оболонки з протилежної сторони з таким же, але протилежним електричним полем, вони відбиваються назад. Електрони захоплені та змушені коливатися між протилежними оболонками. Цей механізм називається "порожнистим ефектом катода". Під час цих коливань електрони можуть зазнавати неупругих зіткнень з атомами газу і збільшити йонізацію, що дає дуже щільну плазму всередині катода. Ця плазма витісняється з катода потоком газу. Порожній катод також може працювати від джерела живлення від джерела живлення. Електрони можуть коливати коливання впродовж одного циклу РФ, що дає високу щільність плазми. Порожнисті катоди можуть мати різні геометрії: труби, масиви трубок або паралельні пластини (лінійні порожнисті катоди).