«Экспериментальное исследование ВЧ разряда методом измерения квазистационарных токов».
В лаборатории газового разряда ДВГГУ в течении последних трех лет стал изучаться самостоятельный высокочастотный разряд в газоразрядных трубках при малых давлений газа (порядка долей и единиц торр). Эти исследования проводятся в содружестве и под руководством кафедры электроники Московского Государственного Университета (МГУ) и более конкретно под руководством доцента кафедры Савинова Владимира Павловича, который является научным консультантом наших аспирантов, работающих по газоразрядной тематики под руководством профессора Крылова В.И.
Учеными кафедры электроники МГУ было обнаружено и обосновано важное значение физических процессов, происходящих на границе между плазмой ВЧ разряда и металлическим электродом и на границе между плазмой и внутренней поверхностью газоразрядной трубки, т.е диэлектрика. Эти области называются приэлектродными слоями пространственного заряда (ПСПЗ). ководством кафедры электроники Московского Государственного Университета азора
Экспериментальные исследования физических характеристик граничных слоев пространственного заряда имеют важное значение для изучения механизма емкостного ВЧ разряда (ЕВЧР), широко применяемого на практике. В промышленных системах с расположением обрабатываемых подложек на электродах разряда приэлектродные слои пространственного заряда прилегают непосредственно к поверхности обрабатываемых пластин, поэтому изучение характеристик приэлектродной области обеспечивает необходимый мониторинг внутренних параметров системы, характеризующих состояние рабочей среды непосредственно в зоне обработки. Очевидно, что только такой контроль может обеспечить высокий уровень воспроизводимости технологии.
В работе Александрова, Савинова «Бесконтактный метод изучения параметров приэлектродной области ВЧ разряда» предложен метод бесконтактного контроля квазистационарных характеристик: скачка потенциала Us на ПСПЗ и толщины ds этого слоя в ЕВЧР.
Суть этого метода можно объяснить с помощью рисунка 1а и б.
На рисунке 1а показана схема разрядной трубки в разрезе. Последовательно с разрядной трубкой включены конденсаторы С01 и С02. На рисунке 1б показана электротехническая схема с помощью которой анализируются физические процессы, проходящие внутри разрядной трубки.
В процессе
электрического пробоя разрядного промежутка и формирования разряда образуются
ПСПЗ, которые обеспечивают выход ЕВЧР на стационарный режим. Как обнаружено
экспериментально, в установившемся ЕВЧР за каждый период ВЧ поля (
с) суммарный электрический заряд,
приходящий на электрод, равен нулю. Соответственно, квазистационарные параметры
конденсатора ПСПЗ: емкость Сs, заряд qs и толщина слоя ds
остаются постоянными. При этом заряд qs
обеспечивает в ПСПЗ квазистационарную разность потенциалов Us,
благодаря которой за период ВЧ поля заряд поступающих из плазмы на электрод
электронов компенсирует приносимый заряд положительных ионов и заряд
эмитируемых с поверхности электродов электронов.
В участке электрической цепи ЕВЧР (рис.1б), состоящем из последовательно соединенных емкостей C01, C1* и Сs1, активным элементом является емкость Сs1, заряд на обкладках которой qs1 определяют физические процессы в ПСПЗ.
При этом данный квазистационарный заряд qs1 устанавливается во всех последовательно соединенных емкостях электрической цепи, в том числе и на измерительной емкости С01.
Для измерения квазистационарных напряжений U01, U02 и Ud в экспериментальной схеме МГУ использовались вольтметры электростатической системы типа С-95 с малой входной емкостью С’=5 пФ. Измерительная цепь этих приборов разомкнута по постоянному току, так что отсутствует утечка заряда исследуемой емкости через схему измерений. При этом для исключения влияния ВЧ напряжения на показания вольтметра использовалась интегрирующая электрическая цепочка, состоящая из двух активных сопротивлений R и емкости С со специально подобранными значениями (рис.1б).
Вольтметрами V и U измеряются соответственно величины переменного и квазистационарного напряжений на них. Предлагаемая методика предполагает усреднение исследуемых величин по времени и пространству. Опыты МГУ проводились в разрядной трубке с внутренними электродами при одновременных измерениях с помощью зондовой методики Ленгмюра.
На нашей кафедре исследовался ВЧ разряд в разрядных трубках при давлениях 0,1 – 0,5 Торр с внутренними металлическими электродами в воздухе, неоне, а также ВЧ разряд с внешними электродами, расположенными снаружи разрядной камеры из стекла, в которой находился воздух.
Целью исследования было обнаружение и измерение приэлектродных скачков постоянного напряжения, которое обнаруживается в приэлектродных слоях ВЧ разряда несколько иным методом. Это изменение представлено на рисунке 2:
На рисунке 2 представлена схема измерения квазистационарного тока на заземленном электроде разрядной трубки, где, Г- генератор ВЧ, С0- внешний конденсатор, на котором измеряется квазистационарное напряжение, Др – дроссель ВЧ, С1, С1 – шунтирующие конденсаторы фильтра ВЧ, R – резистор фильтра, мкА – микроамперметр магнитоэлектрической системы, U1, U2 – вольтметры для измерения переменного напряжения ВЧ, U1 снимает напряжение на разделительном конденсаторе С0, U2 показывает напряжение генератора между точками А и З, которое складывается из напряжения трубки и напряжения на конденсаторе С0. Дроссель ВЧ, сопротивление R и конденсаторы С1 и С2 включены в схему для того чтобы высокая частота от генератора не влияла на показания микроамперметра, которые являются фильтрами для ВЧ, но пропускающие постоянный ток.
Таки образом, вместо измерения напряжения U электростатическим вольтметром мы предлагаем измерять ток, текущий по резистору R. Произведение величины этого тока I на R равно значению квазистационарного напряжения на конденсаторе С0, как видно из схемы рис.2. Такое видоизменение было обусловлено следующими обстоятельствами:
1) Электростатический вольтметр измеряет сумму постоянного и переменного напряжений. Стрелки приборов магнитоэлектрической системы не отклоняются от переменного тока, и реагирует только на ток постоянного направления.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.