Разряд с осцилляцией электронов в магнитном поле и его инициирование, страница 7

Критическая концентрация нейтрального газа, необходимая для реализации положително заряженной структуры, может быть существенно уменьшена при достаточной высокой степени его ионизации вследствие того, что перенос электронов поперек магнитного поля начинает идти не только за счет столкновений с нейтральными атомами, но и за счет электрон-ионных столкновений (m_e~ n_e + n_ei ). Аналитическое решение задачи в этом случае получить не  удалось, но результаты численных расчетов приводят к довольно таки очевидным выводам. Например для случая, когда частота электрон-ионных столкновений cравнивалась с эффективной частотой электрон-атомных столкновений, было получено, что критическая концентрация может быть уменьшена примерно в 2 раза. Однако, поскольку высокая степень ионизации достигается при больших разрядных токах и сопровождается существенным увеличением температуры газа, то не следует ожидать существенного выигрыша в давлении газа. Наоборот, как показывают результаты экспериментов, при повышении разрядного тока происходит некоторое увеличение критического давления. На рис.4.9 представлены зависимости напряжения горения разряда от давления газа, измеренные для

Рис.4.9. Зависимости напряжения горения от давления при В=9мТл, I_d (А): 1 - 0.2, 2 - 0.6, 3 - 1.

различных значений разрядного тока I_d при использовании газоразрядной системы типа обращенный магнетрон с катодом имеющим длину и диаметр 56 мм и выполненным из нержавеющей стали и анодом, выполненным из вольфрамамового прутка длиной 40 мм и диаметром 3 мм. Как видно из рисунка с увеличением тока напряжение горения возрастает и также увеличивается значение критического давления, при котором происходит погасание разряда. Аналогичные экспериментальные результаты для разряда с полым катодом были получены в [10].

Другим фактором, способным существенно повлиять на величину критического давления, является то, что в сильных магнитных полях в плазме возможно возникновение  шумов  и неустойчивостей, приводящих к так называемой аномальной диффузии и резкому  увеличению скорости движения электронов поперек магнитного поля. Это, очевидно, способствует расширению рабочего диапазона давлений, но вряд ли использование этого режима, для которого характерно наличие резких пространственных и временных неоднородностей в плазме, является целесообразным при разработке плазменных источников заряженных частиц, по крайней мере тех, которые предназначены для генерации пучков большого сечения. Если же наличие стабильной однородной пламы не является для какого-то приложения обязательным, и в то же время желательно обеспечить пониженное давление, тогда такой режим может быть использован. В частности это, по - видимому, вполне возможно в магнетронных системах распыления.

4.3 Характеристики  зажигания  разряда в системе типа обращенный магнетрон.

Проведенный в предыдущем параграфе главах анализ позволил определить диапазон внешних параметров, при которых возможна реализация сильноточной формы разряда с положительно заряженной структурой в системах с магнитным полем. Оценки по полученным выражениям и результаты экспериментов показывают, что для наиболее широко используемых газов, таких как аргон, азот и кислород, необходимо, чтобы параметр Pd составлял величину больше или порядка  10^-3 Торр×см, а параметр Bd был больше или порядка 10^-2 Тл×см. Однако при проведении теоретического рассмотрения не затрагивался вопрос об инициировании разряда в этой области параметров, а при проведении экспериментов, как правило, использовался непрерывный режим и разряд зажигался при существенно более высоких давлениях, после чего давление понижалось и проводились необходимые измерения. Ясно, что такой прием не годится для импульсного - периодического режима работы. В этом случае инициирование разряда должно осуществляться в тех же газовых условиях, что и его горение.