Задание к лабораторной работе

1. Снять ВАХ зонда для нескольких значений разрядного тока.

2. Определить T_e, n_e, U_d, U_s , толщину слоя пространственного заряда при U = U_d.

3. Проверить ограничения, используемые в изучаемой методике измерений.

Контрольные вопросы

1. В чем сущность зондового метода, при каких условиях он применим?

2. Опишите процессы, протекающие в слое пространственного заряда.

3. Методика определения температуры электронов.

4. Методика определения концентрации электронов.

5. От чего зависит погрешность измерений?

6. Как параметры плазмы (T_e, n_e) зависят от условий возбуждения тлеющего разряда: давления газа, радиуса трубки, тока разряда?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗОНД В ПЛАЗМЕ ВЧ РАЗРЯДА

Цель работы: изучение зондовой методики измерения параметров плазмы ВЧ разряда.

В плазме ВЧ безэлектродных разрядов использование одиночного зонда Ленгмюра невозможно из-за отсутствия опорного электрода. В связи с этим на основе теории одиночного зонда разработаны методы, предусматривающие введение в плазму двух зондов.

Метод двойного зонда

В разряд вводятся два одинаковых ленгмюровских зонда, подключаемых к источнику постоянного напряжения с изменяемой поляр­ностью.

При отсутствии внешнего поля оба зонда приобретают потенциал изолированной стенки, см. (2.8). Если зонды расположены в точках с одинаковыми характеристиками плазмы, то разность потенциалов между зондами U_з = 0. Ток в цепи равен нулю. При подаче напряжения между зондами U_з потенциалы зондов относительно плазмы станут различными – U₁ и U₂. Один будет более отрицательный, чем другой, но оба останутся отрицательными относительно плазмы.

U₁ – U₂ = U_з (3.1)

В цепи потечет ток, который определяется формулой

I_з = I_e1 – I_i1 = -(I_e2 – I_i2). (3.2)

Вид вольт-амперной характеристики двойного зонда показан на рис. 3.1. При U_з > 0 на ВАХ на зонд течёт электронный ток, ограниченный отрицательным потенциалом зонда. Так как предполагается, что распределение электронов по энергиям максвелловское, то величина электронного тока на зонд определяется выражением (2.2). Участок U_з < 0 представляет собой аналог соответствующего участка ВАХ одиночного зонда Ленгмюра.

Рис. 3.1. ВАХ двойного зонда

Решая совместно уравнения (2.2) и (3.2), получаем формулу для расчета температуры электронов:

, (3.3)

где dI_i/dU – тангенс наклона ионной ветви ВАХ; (dI_з/dU)_{U = 0} – наклон зондовой характеристики в начале координат; I_is – ионный ток насыщения, определяемый в точке U_з = 0.

Зная T_e, можно найти концентрацию электронов, используя (2.7).