- •Неустойчивость плазмы.
- •Условия устойчивости плазмы
- •, Где (радиус Бора) - условие неквантованности плазмы.
- •Плазма во внешних полях. Плазма во внешнем однородном электрическом поле.
- •Плазма во внешнем переменном электрическом поле.
- •Плазма во внешнем однородном магнитном поле.
- •Если частица движется перпендикулярно н, то .
- •Плазма в комбинированных полях.
- •Взаимодействие плазмы и полей.
- •Явление переноса частиц в плазме. Перенос под действием электрического поля.
- •1. Полностью ионизованная плазма.
- •2 Слабоионизованная плазма.
- •Перенос под действием градиента концентрации частиц.
- •Перенос под действием градиента температуры
- •Процессы переноса в магнитном поле.
- •Образование активных частиц плазмы.
- •Условные обозначения:
- •Элементарные процессы в плазме
- •Ионизация
- •Диссоциация
- •Тройная рекомбинация электронов и ионов.
- •Модель процесса плазмохимической обработки.
Плазма в комбинированных полях.
а) векторы Еп и Н параллельны
Р ис. 7 Траектория движения заряженной частицы в комбинированных однородных полях.
б) векторы Еп и Н взаимно перпендикулярны
Рис. 8 Траектория движения заряженной частицы в неоднородном магнитном поле.
V=Vпрямол + Vвращ; ;
Вывод: С помощью комбинированных полей можно управлять направлением и скоростью движения частиц. В микроэлектронике с помощью “скрещенных полей” из объема плазмы сепарируют (выделяют) необходимые частицы и, перемещая их в нужном направлении (на подложку), сообщают им энергию, необходимую для проведения какого-либо процесса (испарения, травления)
Взаимодействие плазмы и полей.
В однородном электрическом поле частицы плазмы двигаются равномерно ускоренно (равномерно замедленно) в соответствии со знаком своего заряда, если вектор начальной скорости совпадает с вектором напряженности поля. Если векторы находятся под углом – траектория движения – парабола. Кинетическая энергия частицы увеличивается.
В переменном электрическом поле возникает поток частиц, энергия которых увеличивается и зависит от частоты изменения напряженности поля.
В однородном магнитном поле траектория движения частиц перпендикулярно силовым линиям – окружность, с радиусом зависящим от массы частицы. Движение по траектории с постоянным ускорением. При определенном значении напряженности поля частицы не испытывают столкновений. Магнитное поле позволяет выделять частицы (из общего объема плазмы) согласно соотношению их масс и напряженности поля. Сила давления на частицы позволяет формировать конфигурацию объема плазмы.
В комбинированных полях (электрическом с магнитным) можно управлять траекторией движения и скоростью частиц в зависимости от соотношения массы частиц и напряженностей полей.
Взаимодействие плазмы и полей по п.п. 1, 2, 3, 4 позволяет изменять скорость и направление движения частиц плазмы, её кинетическую энергию. Это используется в науке (ускорители частиц) и технике (плазменные технологии).
Взаимное действие электрического и магнитного поля позволяет формировать потоки частиц плазмы и использовать их для обработки поверхности твердых тел.
Явление переноса частиц в плазме. Перенос под действием электрического поля.
При наложении на плазму внешнего постоянного электрического поля, в ней устанавливается поток частиц.
т.к ; , то
- условие равновесия сил, действующих на электрон.
, где частота столкновений;
- время между столкновениями (время свободного пробега)
Через сечение S=1 см2 за одну секунду пройдет Ne электронов с зарядом Nee . Плотность тока:
Здесь - удельная проводимость плазмы (18)
1. Полностью ионизованная плазма.
В этом случае τ=τea=0 т.к. Na=0 и подставим значения τ в выражение (18) , тогда , где , где – заряд иона.
а) электропроводность полностью ионизованной плазмы не зависит от кон-центрации электронов, так как с ростом увеличивается число частиц в токе, но и одновременно возрастает число столкновений, то есть уменьшается .
б) при одном и том же значении электропроводность плазмы тем меньше, чем больше .
в) электропроводность пропорциональна , следовательно, при высокой тем-пературе может достигать очень большой величины. К примеру, при водородная плазма имеет , при 293К
При некоторых условиях прохождение электрического тока через полностью ионизированную плазму вызывает явление «электронного просвиста», т.е. электроны разгоняются до очень больших скоростей. Это условие имеет вид:
, где - время свободного пробега (ускорение) …………………………………………электрона;
K – численный коэффициент;
Ni – концентрация ионов;
Ve – скорость электрона;
Тогда условие «просвиста» примет вид
При определенном значении соотношения можно сообщить электронам очень большую скорость, а следовательно .
Это явление используется в ускорителях электронов для сообщения им значительной энергии, необходимой для расщепления ядер.