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听说过等离子清洗机的等离子鞘层吗?

返回列表 来源:企鹅体育app 浏览: 发布日期:2019-05-14 16:40【
文章导读:等离子清洗机的等离子鞘层是等离子体的一个重要特征,等离子鞘层的具体表现与放电参数关系密切,通过对鞘层的研究可以了解等离子体的一些重要性质。
1 等离子鞘层的定义
形成的等离子体与腔壁之间或者放进去的固体工件之间,都会看到在等离子体与固体表面接触处,有形成一层电位的薄层,这薄层的厚度,数量级相当于德拜长度,薄层内明显偏离电中性,这一薄层把等离子体包围起来称为等离子体鞘层或等离子体鞘(plasma sheath),简称“鞘”(sheath)。
 
这种弱电离的等离子体中,维持等离子体放电的能量来自于外加电源对电子的加热过程,而离子与本底气体接近热平衡,因此电子温度通常为几个电子伏特(eV),故而离子温度较低。在这种情况下,可以认为离子会被鞘层电位加速而具有单一能量,电子密度的变化则满足玻尔兹曼分布规律(随电位的降低而减小)。
 
2 浮置板处的鞘
在处理绝缘体工件时,由于电流不能流过基板,所以绝缘体表面的荷电粒子要么停留在表面,要么在表面复合后以中性粒子返回等离子体区。为使表面电流为零,单位时间内达到表面处的电子数和离子数必须相等,但要达到稳定状态需要一个过程。
假定开始时等离子体电中性条件成立,由于离子质量比电子大得多,电子速度要大些。即使二者的热运动动能相同,离子的运动速度也比电子要小得多。因此开始时,达到绝缘体表面的电子数目比离子要多得多,除了一部分参加复合外,电子将过剩,从而使绝缘体表面相对于等离子体呈现负电位。
 
这个负电位将排斥电子而吸引正离子,这个电位也发生相应的变化,直到绝缘体表面的负电位达到某个确定的值,使离子和电子流相等为止,绝缘工件表面的电位趋于稳定,这个放置在等离子体中的绝缘体称为浮置基板,而其表面形成的稳定电势称为浮置电位V:(floating potential)。显然,浮置电位相对于等离子体是一个负电位,在浮置基板与等离子体之间形成一个由正离子构成的空间电荷区,也就是离子鞘层。在简单情况下的等离子体相对于绝缘的器壁的电势要高约几倍的Te/e值,如图1所示
等离子清洗机等离子体
实际上不仅是浮置基板,凡是与等离子体交界的任何绝缘体(包括放电管壁),都会保持一定的浮置电位,其近旁也都会形成离子鞘。结果,浮置电位相对于等离子体总是负的;或者说等离子体电位相对于任何与之接触的绝缘体总是正的。
 
3 电极近旁的鞘
电极的电位为Vs,改变它使其与等离子体之间有一个电位差,在电极有电流的情况下,电极相对于等离子体的电位可正可负。由于有外电势作用于等离子体,等离子体因此必然对此做出反应。结果,等离子体将不再保持原来的状态。
若Vs>Vp(即电极相对于等离子体电势为正值),电极附近的电场将吸引电子而排斥正离子,使电子密度超过离子密度(ne>ni),最终在电极近旁形成电子空间电荷层,称为电子鞘。此时流向电极的电子流较大,如图2所示
等离子清洗机等离子体
反之,若Vs<Vp(即电极相对等离子体电势为负值),电极附近的电场吸引离子而排斥电子,使离子密度超过电子密度(ni>ne),最终形成正离子空间电荷层,称为离子鞘。此时,流向电极的离子流较大,如图3所示,在放电等离子体中,通常阴极附近的离子鞘更为重要。
等离子清洗机等离子体2


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