利用静电双探针对辉光放电等离子体诊断分析

2017年4月第37卷第2期

宇航计测技术

Journal o! Astronautic Metrology and Measurement

Apr.,2017

Vol.37,No.2

文章编号=1000-7202(2017) 02-0068-05 D01:10.12060/j.issn.1000-7202.2017.02.14利用静电双探针对辉光放电等离子体诊断分析

葛萌张莉莉蔡惠华孙德冲贾丰锴

(北京航天计量测试技术研究所，北京100076)

摘要阐述了利用Langm uir双探针诊断等离子体参数的基本原理，对圆柱腔中的空气辉光放电等离子体进行了双探针诊断，通过实验测得伏安特性曲线，计算得出等离子体密度和电子温度。分析了密度参数变化与放电电流大小之间的关系。最后将诊断结果与准光腔系统进行比较，二者虽略有差别，但差别不大，且变化趋势一致。验证了采用本双探针系统诊断辉光放电等离子体密度的可靠性。

关键词Langm uir双探针辉光放电等离子体电子密度伏安特性曲线诊断

中图分类号:TB973 文献标识码:A

Diagnosis of Glow Discharge Plasma by Langmuir Double Probe

GE Meng ZHANG Li-li CAI Hui-hua SUN De-chong JIA Feng-kai

(Beijing A erospace In stitu te!o r M etro lo gy an d M easu rem en t Technology，Beijing 100076，China)

Abstract The principle o!plasma diagnosis by Langmuir double-probe is described,and the pa-rameters o!glow discharge plasma are measured.Electron temperature and electron density are calculated according to the double-probe I-V characteristic curve,and the variations o!electron density are analyzed as a!unction o!discharge current.The diagnosed results are compared with results obtained!rom quasi-optical cavity,and they show good agreement with each other.They have negligible difference and are in agreement o!same variation.The reliability and correctness o!using Langmuir double-probe to diagnose glow discharge plasma are veri!ied.

K e y words Langmuir double-probe Glow discharge Plasma Electron density Volt-ampere characteristic Curve Diagnosis

l引言

在高速飞行器再人目标以高超音速进人大气层 后，与周围空气剧烈摩擦会使飞行器与周围温度急 剧上升,而形成等离子体鞘套。鞘套的存在,对电磁 波的传播形成严重的衰减和反射，造成通信质量下

收稿日期：2016-06-21，修回日期=2016-12-01

作者简介：葛萌（1988-)，女，博士，主要研究方向：无线电物理技术降甚至中断，从而对飞行时的测控带来严重影响。根据NASA报告[|]中所提及的弹体再人的试验数 据，在不同飞行高度和速度情况下，天线窗口处的电 子密度约为（109~10u)cm-3,这恰与辉光放电等离 子体的电子密度接近[2]，因此可以用辉光放电产生 足够密度的等离子体，进行等离子体参数诊断实验

第2期利用静电双探针对辉光放电等离子体诊断分析.69 .

研究。这种方法的优点是能够产生长时间持续的等

离子体，使诊断实验研究的难度大为降低，可以在短

时间内获得大量重复性的实验数据。

关于等离子体参数的诊断，目前国内外无论是

在理论研究还是在工程实践上都提出了许多诊断方

法，常用的有L a n g m u i r探针法、阻抗测量法、微波

法、光谱法和质谱法等[3?6]。其中L a n gmuir探针因

其结构简单，易于操作，可通过调节探针在等离子体

内的位置，测量等离子体各局部的参数，而得到了广

泛的应用[3]。

双探针法是在单探针法的基础上发展来的，自

诞生以来一直得到比较普遍的应用。其优点有：1)

在等离子体区域中某一小体积内进行诊断，可以认

为这一小体积内的等离子体处于局部热平衡状态；

2)探针上的电流始终小于饱和电子电流，因此对等

离子区的影响较小;3)相对单探针而言，双探针的

电位不以放电电极为参考点，从而避免了由于探针

上的电流过大而损坏探针[7,8]。

本文利用Langmuir双探针诊断系统，对由辉光

放电产生的稳态等离子体进行了参数诊断，得到较

为完整的伏安特性曲线及等离子体密度、电子温度

参数。并将双探针诊断结果与准光腔微波诊断结果

进行对比，.

2静电双探针的工作原理

[9]

双静电探针系统主要由接收信号的表面积近似

相等的两根静电探针组成。工作电压加在两探针之

间，双探针的伏安特性曲线如图1所示。设/为双

探针回路的电流，仏和％分别表示两探针对等离子

体区的电位，令探针间的电位%，4表示两

探针的面积，_/r为随机电子流密度乂1乂2，/p1，/,,2分

别表示流入两探针的电子电流和正离子电流。理论

上饱和离子流处/-"曲线的斜率为0,在实际/-"

特性曲线的测量中，饱和离子流/u，/i2的确定采用图

1所示作切线的方法。

根据玻尔兹曼关系式

L=4/r eXP 八2= 4/r-exp

U1

kTv\

U

kT

(1)

(2)

可得

/,2

exp

■eU

k T e.

(3)

⑷对式(3)取对数后，再对U进行微商，可得

1d/e1 _ 1d/e2 _ e

/e1d U、dU=kTe

利用基尔霍夫定律和理论上饱和离子流斜率为 0的条件

L = / + /p1乂2 =/p2 -/⑶d/p1d/p2

dU二 dU二 〇(I p1二1n，Ip2二1i2)(6)式中，/i1和/i2对应两探针的饱和离子流，代入式(4)可得到两探针的电流I和电压U满足下式

d/ e (/p1 + /) (/p2 - /)

dU kTe

在/=0时

Te

/ , + /

/i1 * /i2d U

d/

(7)

(8)

k /i1 + /i2

根据式（8)，由/-U曲线的斜率得到电子温度k T e(

考虑到饱和离子流正比于离子密度，即

—8kT: 1

/p

4

由此得离子密度

N i

n M i

2n M i

(9)

A kT(10)

kTe

-分别为探针半径及长

一离子质量；/p—饱式中：A = 2n.r t, 乂；?^.

度;A—探针表面积；M i,

和离子电流。对于低温等离子体，离子密度和电子 密度相等，所以式(9)即可确定电子密度

。

.70 .宇航计测技术2017 年3实验装置

辉光放电等离子体产生装置主要包括等离子体

产生腔、电源装置和抽真空装置。如图2所示，为本

文实验选用的辉光放电装置的主要组成部分一等离

子体产生腔。

图2辉光放电等离子源装置

等离子体发生器的主体是圆柱金属密封腔，内置直径约为30c m的环形电极，交流等离子体电源 加在两环柱形电极之间。实验时由真空泵将内部气 压抽至（30?35)P a，工作电压为380V，电源频率为 50H z，相对于等离子体放电频率来说，可近似看成 是直流放电，放电电流在（0?10)A范围内可调节。强电场使放电电极间隙内的空气电离从而产生等离 子体，再通过电极之间的间隙扩散至腔体内部，填充 整个腔体空间。产生的等离子体电子密度在（109?1010)c m—3的数量级，并能稳定存在足够长的时间。

使用双探针诊断系统对等离子体源中的等离子 体参数进行诊断。双探针诊断系统主要由三大部分 组成:探针、数据采集和处理系统、计算机。实验中 在放电腔顶部中心位置处安装一'固定Lan g m u i r探 针的法兰，用于探针径向空间的测量，探针后连接探 针测试系统及计算机。探针端部爆露出的钨丝长为 4m m，半径0.2m m，其余部套封装在陶瓷细管内和等 离子体隔开。

图3双探针伏安特性曲线实验曲线与修正过后的

曲线对比图

曲线和对饱和区电流修正过后的曲线对照图。探针 电压为横坐标，探针电流为纵坐标。由图3可以看 出，实验曲线与修正过后的曲线有所偏差，具体表现 为:

(1) 电流饱和段通常并非如经典理论预期的样平直，而是随探针偏压的增加而上升。这是因为 当电压过高，鞘层厚度增加，使探针收集电流的有效 面积增大，导致之后的电流随电压增加。同时，由于 两探针在等离子体所的区域电位不是完全相等，当"二0时，仍有微弱电流经过两探针，使探针的伏安 特性曲线不是完全经过原点。实验数据取以=0前

后两点，计算其拟合直线的斜率为2.31X10-5。

(2) 实验得到的I-V曲线不是完全呈现出正两方向对称形式，主要是因为两探针所处等离子体 电位的不完全相同。通过对正负饱和区电流做线性

拟合，如图4所示。

图4对电流饱和区做直线拟合

4实验结果与讨论

4.1双探针的伏安特性曲线

图3为气体压强30P a，放电电流为6A时，探针 位置处在腔体中心处的双探针伏安特性曲线的实验

取拟合直线和Y轴的交点为离子饱和电流，/u 和^分别为92^A和88^A，二者虽然有偏差，但相 差不大，所以取正负饱和电流的平均数90^A作为 其饱和电流。利用读取上述伏安特性曲线所得饱和 电流和零点斜率，通过式（

8)计算得到等离子体电

第2期利用静电双探针对辉光放电等离子体诊断分析

.71 .

01 2 3 4 5 6 7 8 9 10

I/A

图6

电子密度随放电电流变化的关系

10 20 30 40 50 60 70

P /P a

图7

电子密度随气压的变化关系

探针法与准光谐振腔法的诊断结果比较，可以看出

两种诊断方法具体数值上略有差别，这是因为准光 腔谐振系统是通过测量腔体加载等离子体的等效复 介电常数计算等离子体密度，诊断得到的是腔体内

部等离子体密度的平均值[1°];Langmuir 双探针放置 在准光腔的中心位置，诊断范围是鞘层附近区域，因 此得到的密度数值与准光腔相比略微偏高。但二者 的结果变化趋势一致，电子密度数量级也相同，从而 验证了采用双探针系统诊断辉光放电等离子体密度 的可靠性。

表1

不同放电电流下双探针与准光腔谐振法电子密度

诊断结果比较

电子密度N e /(1°16m _3)

电流

1/A

双探针

准光谐振腔

2.°°.7°.634.° 1.2° 1.°56.° 1.8° 1.648.°

2.4°

2.16

子温度为2.15eV 。再利用式（1°)计算得到等离子 体密度为U x l ^Vm -3。

4.2

放电电流对电子密度的影响

当气压为33P a 时，分别对不同放电电流的放电 状态下等离子体进行了诊断，图5为不同放电电流 下探针伏安特性曲线对照图。随着放电电流增大， 等离子体中粒子之间的碰撞更加频繁，电子与离子 和原子碰撞概率增加，从而会有更多电子从原子中 被激发出来，电子数目增加，即电子密度增大，使等 离子体的电导率增加，探针的饱和正离子电流也随 之增大。

从上图中还可以看出，2A ，4A ，6A ，8A 情况下， 在丨川S 1V 时，出现了曲线重合，此时探针电压极 小，不能有效的在探针周围形成异号电荷鞘层，使探 针不能有效的拦截电子和离子，导致电导急剧下降，

I -V 曲线斜率突然变小，当探针不能有效的拦截电

子和离子时，等离子体中的电子温度已经不能影响 到探针的电导，所以会出现不同电流条件下在irn

S 1V 时的曲线重合的情况。

图6是不同电流下等离子体密度随放电电流的 变化曲线，由图中可以看出等离子体密度在（1°9? 1°1°)cm "3，随着电流的增大而单调增大。

4.3

相同放电电流下，不同气压对电子密度的影响

图7是在放电电流为6A 的放电状态下，等离 子体密度随放电气压的变化规律。从图中可以看 出，在（2°?6°)P a 的较低气压时，电子密度随气压 的增加而缓慢增加。这是因为随着气压增加放电气 体的密度增加，电子与其他粒子碰撞的概率增加，更 多的电子从原子中被激发出来，进而电子密度增加。

4.4

探针法与准光腔谐振法电子密度诊断结果

表1给出了相同气压、不同放电电流情况下双

10

i /3J S L

10

3

^

2

.

1

.

i /3J S

L

? 72 ?宇航计测技术2017 年

5结束语

本文米用Langmuir双探针诊断系统，对圆柱腔

内的空气辉光放电等离子体进行了诊断，得到了等

离子体的伏安特性曲线，通过对伏安特性曲线的计

算得到了等离子体密度及电子温度参数值。并分析

了不同放电电流和不同气压,等离子体密度随放电

电流和气压的变化规律。随着放电电流和气压增 加，等离子体密度增大，符合辉光放电理论依据，验

证了采用双探针诊断系统进行等离子体参数诊断的

可靠性。探针诊断结果与准光谐振腔诊断结果进行

比较，发现二者结果虽有差别，但差别不大，且变化

趋势相同，进一步验证了采用双探针进行辉光放电

等离子体参数诊断的可靠性与准确性。

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(上接第98页）

对应关系,可确定目标物体的旋转角度。该编码器

相对于机械式编码器而言，具有低成本、无接触、可

靠性高等优点。可应用于潮湿、油渍、灰尘等恶劣环

境中，具有一定的实用价值。

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辉光放电

辉光放电（Glow discharge） 辉光放电是放电等离子体中最常见的一种放电形式，应用也最广泛。比如，一般的气体激光器（He-Ne 激光器、CO2激光器等）、常用光源（荧光灯）、空心阴极光谱灯等。同时辉光放电也是放电形式中放电最稳定的放电形式，所以有必要对辉光放电进行较为详细的讨论。 §6.1 辉光放电的产生及典型条件 最简单的辉光放电的结构如图6.1（a）。调节电源电压E或限流电阻R，就会得到如图6.1（b）的V-A 特性曲线。管电压U调节到等于着火电压U b时，放电管内就会从非自持放电过渡到自持放电，此时，放电电流I会继续增大，管压降U下降，进入辉光放电区。放电管发出明亮的辉光，其颜色由放电气体决定。限流电阻R应比较大，以保证放电稳定在辉光放电区。如果限流电阻R很小，放电很容易进入弧光放电区。 辉光放电的特点：比较高的放电管电压U(几百~几千V)，小的电流I（mA量级）； 弧光放电的特点：很低的放电电压U（几十V），大电流放电I（A量级甚至更大）。 辉光放电的典型条件： ①放电间隙中的电场分布比较均匀，至少没有很大的不均匀性；例如He-Ne激光器的放电管内电场近似 均匀。 ②放电管内气体压强不是很高，要求满足（Pd）Ubmin＜Pd＜200Kpa cm（巴邢曲线的右支），d---放电管内 电极间距，（Pd）Ubmin--巴邢曲线最低点U bmin对应的Pd值。一般P=4Pa~14Kpa时，可出现正常辉光放电，而Pd＞200Kpa cm时，非自持放电通常会过渡到火花放电或丝状放电； ③放电回路中的电源电压和限流电阻准许放电管的放电电流工作在mA量级，且电源电压应高于着火电 压U b，否则不能起辉。

气体放电中等离子体的研究.

气体放电中等离子体的研究 131120161 李晓曦 摘要：本文阐述了气体放电中等离子体的特性及其测试方法，分别使用单探针法 和双探针法测量了等离子体参量，最后对本实验进行了讨论。 关键词：等离子体，等离子体诊断，探针法 1. 引言 等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。近年来等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。 2. 等离子体的物理特性及描述 等离子体定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。 等离子体有一系列不同于普通气体的特性： （1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。 （2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。 （3）宏观上是电中性的。 描述等离子体的一些主要参量为： （1）电子温度Ｔe。它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。 （2）带电粒子密度。电子密度为ｎe，正离子密度为ｎi，在等离子体中ｎe≈ｎi。 （3）轴向电场强度ＥL。表征为维持等离子体的存在所需的能量。 （4）电子平均动能Ｅe。 （5）空间电位分布。 本实验研究的是辉光放电等离子体。 辉光放电是气体导电的一种形态。当放电管内的压强保持在10～102Pa时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。辉光分为明暗相间的8个区域，在管内两个电极间的光强、电位和场强分布如图1所示。8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区，（7）阳极暗区，（8）阳极辉区。其中正辉区是等离子区。

辉光放电与等离子体

辉光放电与等离子体 1、辉光放电 通常把在电场作用下气体被击穿而导电的物理现象称之为气体放电。气体放电有“辉光放电”和“弧光放电”两种形式。辉光放电又分为“正常辉光放电”与“异常辉光放电”两种，它们是磁控溅射镀膜工艺过程中产生等离子体的基本环节。 辉光放电(或异常辉光放电)可以由直流或脉冲直流靶电源通过气体放电形成,也可以用交流(矩形波双极脉冲中频电源、正弦波中频与射频)靶电源通过真空市内的气体放电产生。 气体放电时，充什么样的工作气体、气压的高低、电流密度的大小、电场与磁场强度的分布与高低、电极的不同材质、形状和位置特性等多种因素都会影响到放电的过程和性质，也会影响到放电时辐射光的性质和颜色。 (1)直流辉光放电 ①在阴-阳极间加上直流电压时，腔体内工作气体中剩余的电子和离子在电场的作用下作定向运动，于是电流从零开始增加; ②当极间电压足够大时，所有的带电离子都可以到达各自电极，这时电流达到某一最大值(即饱和值); ③继续提高电压，导致带电离子的增加，放电电流随之上升;当电极间的放电电压大于某一临界值(点火起辉电压)时，放电电流会突然迅速上升，阴-阳极间电压陡降并维持在一个较低的稳定值上。工作气体被击穿、电离，并产生等离子体和自持辉光放电，这就是“汤生放电”的基本过程，又称为小电流正常辉光放电。 ④磁控靶的阴极接靶电源负极，阳极接靶电源正极，进入正常溅射时，一定是在气体放电伏-安特性曲线中的“异常辉光放电区段”运行。其特点是，随着调节电源输出的磁控靶工作电压的增加，溅射电流也应同步缓慢上升。 (2)脉冲直流辉光放电 脉冲或正弦半波中频靶电源的单个脉冲的气体放电应与直流气体放电伏-安特性曲线异常辉光放电段及之前段的变化规律相符。可以将其视为气体放电伏-安特性在单个脉冲的放电中的复现。脉冲直流靶电源在脉冲期间起辉溅射，在脉冲间隙自然灭辉(因频率较高，肉眼难以分辨)。 溅射靶起辉放电后，当电源的输出脉冲的重复频率足够高时，由于真空腔体内的导电离子还没有完全被中和完毕，第二个(以后)重复脉冲的复辉电压与溅射靶的工作电压接近或相同。当电源输出脉冲的重复频率很低(例如几百HZ以下)或灭弧时间过长(大于100ms以上)，

四探针法测电阻率

实验 四探针法测电阻率 1．实验目的： 学习用四探针法测量半导体材料的体电阻率和扩散薄层的电阻率及方块电阻。 2．实验内容 ① 硅单晶片电阻率的测量：选不同电阻率及不同厚度的大单晶圆片，改变条件（光照 与否），对测量结果进行比较。 ② 薄层电阻率的测量：对不同尺寸的单面扩散片和双面扩散片的薄层电阻率进行测 量。改变条件进行测量（与①相同），对结果进行比较。 3． 实验原理： 在半导体器件的研制和生产过程中常常要对半导体单晶材料的原始电阻率和经过扩散、外延等工艺处理后的薄层电阻进行测量。测量电阻率的方法很多，有两探针法，四探针法，单探针扩展电阻法，范德堡法等，我们这里介绍的是四探针法。因为这种方法简便可行，适于批量生产，所以目前得到了广泛应用。 所谓四探针法，就是用针间距约1毫米的四根金属探针同时压在被测样品的平整表面上如图1a 所示。利用恒流源给1、4两个探针通以小电流，然后在2、3两个探针上用高输入阻抗的静电计、电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压，最后根据理论 公式计算出样品的电阻率［１］ I V C 23 =ρ 式中，C 为四探针的修正系数，单位为厘米，C 的大小取决于四探针的排列方法和针距，

探针的位置和间距确定以后，探针系数C 就是一个常数；V 23为2、3两探针之间的电压，单位为伏特；I 为通过样品的电流，单位为安培。 半导体材料的体电阻率和薄层电阻率的测量结果往往与式样的形状和尺寸密切相关，下面我们分两种情况来进行讨论。 ⑴ 半无限大样品情形 图1给出了四探针法测半无穷大样品电阻率的原理图，图中(a)为四探针测量电阻率的装置；(b)为半无穷大样品上探针电流的分布及等势面图形；(c)和(d)分别为正方形排列及直线排列的四探针图形。因为四探针对半导体表面的接触均为点接触，所以，对图１（b ）所示的半无穷大样品，电流I 是以探针尖为圆心呈径向放射状流入体内的。因而电流在体内所形成的等位面为图中虚线所示的半球面。于是，样品电阻率为ρ，半径为r ，间距为dr 的两个半球等位面间的电阻为 dr r dR 2 2πρ = ， 它们之间的电位差为 dr r I IdR dV 2 2πρ= =。 考虑样品为半无限大，在r →∞处的电位为0，所以图１（a ）中流经探针１的电流I 在r 点形成的电位为 ()r I dr r I V r r πρπρ222 1== ? ∞ 。 流经探针１的电流在２、３两探针间形成的电位差为 ()??? ? ??-= 1312123112r r I V πρ； 流经探针４的电流与流经探针１的电流方向相反，所以流经探针４的电流I 在探针２、３之间引起的电位差为 ()??? ? ??--=4342423112r r I V πρ。 于是流经探针１、４之间的电流在探针２、３之间形成的电位差为 ??? ? ??+--= 434213122311112r r r r I V πρ。 由此可得样品的电阻率为 ()1111121 434213 1223-???? ??+--=r r r r I V πρ 上式就是四探针法测半无限大样品电阻率的普遍公式。 在采用四探针测量电阻率时通常使用图１（c ）的正方形结构（简称方形结构）和图１（d ）的等间距直线形结构，假设方形四探针和直线四探针的探针间距均为S ， 则对于直线四探针有 S r r S r r 2, 42134312==== ()2223 I V S ? =∴πρ 对于方形四探针有 S r r S r r 2,42134312==== () 322223 I V S ? -=∴ πρ

南京大学-气体放电中等离子体的研究解析

气体放电中等离子体的研究 一．实验目的 1．了解气体放电中等离子体的特性。 2．利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。 二．实验原理 1．等离子体及其物理特性 等离子体定义为包含大量正负带点粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。也就是说，其中正负电荷密度相当，整体上呈现电中性。等离子体可分为等温等离子体和不等温等离子体，一般气体放电产生的等离子体属不等温等离子体。等离子体有一系列不同于普通气体的特性： （1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。 （2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。 （3）宏观上是电中性的。 2．等离子体的主要参量 描述等离子体的一些主要参量为： （1）电子温度e T 。它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。 （2）带电粒子密度。电子密度为e n ，正离子密度为i n ，在等离子体中e i n n 。 （3）轴向电场强度L E 。表征为维持等离子体的存在所需的能量。 （4）电子平均动能e E 。 （5）空间电位分布。 此外，由于等离子体中带电粒子间的相互作用是长程的库伦力，使它们在无规则的热运动之外，

能产生某些类型的集体运动，如等离子振荡，其振荡频率 f称为朗缪尔频率或等离子体频率。电子 p 振荡时辐射的电磁波称为等离子体电磁辐射。 3．稀薄气体产生的辉光放电 本实验研究的是辉光放电等离子体。 图2.1 辉光放电的光强，点位和电场分布 辉光放电是气体导电的一种形态。当放电管内的压强保持在10100Pa时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。辉光分为明暗相间的8 个区域，在管内两个电极间的光强、电位和场强分布如图2.1所示。8个区域的名称为阿斯顿区，阴极辉区，阴极暗区，负辉区，法拉第暗区，正辉区，阳极暗区，阳极辉区。其中正辉区是我们感兴趣的等离子区。 4．单探针与双探针法测量原理 测试等离子体的方法被称为诊断。等离子体诊断有探针法，霍尔效应法，微波法，光谱法等。本次实验中采用探针法。分单探针法和双探针法。 （1）单探针法。

实验三 接触辉光放电电解阳离子染料废水演示实验

实验三接触辉光放电电解阳离子染料废水演示实验 一、实验目的 1.掌握接触辉光放电法降解原理； 2.熟悉接触辉光放电电解阳离子染料废水演示实验操作； 3.加深对辉光放电电解机理的理解。 二、实验原理 接触辉光放电是在置有板状电极的玻璃管内充入低压（约几毫米汞柱）气体或蒸气，当两极间电压较高（约1000V）时，稀薄气体中的残余正离子在电场中加速，有足够的动能轰击阴极，产生二次电子，经簇射过程产生更多的带电粒子，使气体导电。辉光放电的特征是电流强度较小（约几毫安），温度不高，故电管内有特殊的亮区和暗区，呈现瑰丽的发光现象。 接触辉光放电电解（CGDE）技术是一种新型的产生液相等离子体的电化学方法，兼具等离子体化学和电化学技术的优点，其电解过程不仅包括传统的法拉第电解，而且还包括非法拉第电解，是一类特殊的电化学过程。 在电解过程中，随着工作电压的逐渐升高，通常的法拉第电解将转化为辉光放电电解（非法拉第电解），并且产生大量高能活性粒子（等离子体）。因此，接触辉光放电电解也可以理解为一种产生等离子体的反应过程。等离子体在溶液中与水分子反应生成羟基自由基，而后者极易与有机分子发生氧化反应，破坏有机分子结构。基于该原理，利用接触辉光放电电解技术处理印染废水。 三、实验过程 1．试剂与仪器 亚甲基蓝MB、甲基紫MV（均为指示级）、硫酸钠、氢氧化钠、硫酸MV （均为分析纯）；溶液采用二次蒸馏水配制。 UV23400紫外可见分光光度计（日本岛津）、722型可见光分光光度计（上海第三分析仪器厂）、PH23C型pH计（上海日岛）、DL2180超声波清洗器（浙江海天电子仪器厂）。

2. 反应装置 反应装置包括一个高压电源DH172226(北京大华仪器厂)、反应器(自制,见图1)和磁力搅拌器等。高压电源可以提供稳定的直流电压,可调范围为0～1000 V,电流范围为0～300 mA。阳极采用铂丝(直径D =0. 5 mm) ,封闭在石英玻璃管内;阴极采用石墨棒(直径D =10 mm)。反应器外加冷凝水循环装置,以保持反应体系温度不变。通过磁力搅拌器使反应液充分混合,同时调节搅拌器的转速以及支持电解质的浓度,控制反应体系的电流变化范围在0～300 mA。 图1辉光放电电解反应装置 3. 试验方法 试验条件： 阳极直径/mm 阴极直径/mm 反应液体积/mL 反应温度/K 0. 5 10 200 298 阳离子染料废水降解演示试验条件分别为：工作电压值（A）为650V、反应溶液pH值（B）为7、辉光放电时间（C）为10min、电解质Na2SO4浓度（D）为2 g/L。 分别配置200 mg/L的亚甲基蓝、甲基紫水溶液。将电极超声活化5分钟去除表面残留物质。接触辉光放电作用一定时间后，用分光光度计测定两种溶液最大

辉光放电

等离子体直流辉光放电 一、实验设计方案 1）实验目的 1、了解等离子体的性质 2采用langmuir双探针测量等离子体参数 2）实验原理 1 、等离子体参数 a:等离子体密度：单位体积内（一般以立方厘米为单位）某带电粒子的数目。n i 表示离子浓度，n e 表示电子密度。 b:等离子体温度：对于平衡态等离子体（高温等离子体）温度是各种粒子热运动的平均量度；对于非平衡态等离子体（低温等离子体），由于电子、离子可以达到各自的平衡态，故要用双温模型予以描述。一般用T i表示离子温度，T e表示电子温度。 c:等离子体频率：表示等离子体对电中性破坏的反应快慢，是等离子体震荡这种集体效应的频率。 粒子震荡频率： m i nie s pi0 2 = ω 电子震荡频率： m i nie s pe0 2 = ω d:德拜长度：等离子体内电荷被屏蔽的半径，表示等离子体内能保持的最小尺度。当电荷正负电荷置于等离子体内部时就会在其周围形成一个异号电荷的“鞘层”。 德拜长度： 2、等离子体参数的静电探针诊断原理

图8、等离子体探针原理 图9、单探针法 图10、双探针法 假设： (1)、被测空间是电中性的等离子体空间，电子密度n e和离子浓度n i 相等，电子与离子的速度满足麦克斯韦速度分布； (2)、探针周围形成的空间电荷鞘层厚度比探针面积的线度小，这样可忽略边缘效应，近似认为鞘层和探针的面积相等； (3)、电子和正离子的平均自由程比鞘层厚度大，这样可忽略鞘层中粒子碰撞引起的弹性散射、粒子激发和电离； (4)、探针材料与气体不发生化学反应； (5)、探针表面没有热电子和次级电子的发射。 则：对于插入等离子体的单探针有：

最新四探针法测电阻率

四探针法测电阻率

实验四探针法测电阻率 1．实验目的： 学习用四探针法测量半导体材料的体电阻率和扩散薄层的电阻率及方块电阻。 2．实验内容 ①硅单晶片电阻率的测量：选不同电阻率及不同厚度的大单晶圆片，改变 条件（光照与否），对测量结果进行比较。 ②薄层电阻率的测量：对不同尺寸的单面扩散片和双面扩散片的薄层电阻 率进行测量。改变条件进行测量（与①相同），对结果进行比较。 3．实验原理：

在半导体器件的研制和生产过程中常常要对半导体单晶材料的原始电阻率和经过扩散、外延等工艺处理后的薄层电阻进行测量。测量电阻率的方法很多，有两探针法，四探针法，单探针扩展电阻法，范德堡法等，我们这里介绍的是四探针法。因为这种方法简便可行，适于批量生产，所以目前得到了广泛应用。 所谓四探针法，就是用针间距约1毫米的四根金属探针同时压在被测样品的平整表面上如图1a 所示。利用恒流源给1、4两个探针通以小电流，然后在2、3两个探针上用高输入阻抗的静电计、电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压，最后根 据理论公式计算出样品的电阻率［１］ I V C 23 =ρ 式中，C 为四探针的修正系数，单位为厘米，C 的大小取决于四探针的排列方法和针距，探针的位置和间距确定以后，探针系数C 就是一个常数；V 23为2、3两探针之间的电压，单位为伏特；I 为通过样品的电流，单位为安培。 半导体材料的体电阻率和薄层电阻率的测量结果往往与式样的形状和尺寸密切相关，下面我们分两种情况来进行讨论。 ⑴ 半无限大样品情形 图1给出了四探针法测半无穷大样品电阻率的原理图，图中(a)为四探针测量电阻率的装置；(b)为半无穷大样品上探针电流的分布及等势面图形；(c)和(d)分别为正方形排列及直线排列的四探针图形。因为四探针对半导体表面的接触均为点接触，所以，对图１（b ）所示的半无穷大样品，电流I 是以探针尖为圆心呈径向放射状流入体内的。因而电流在体内所形成的等位面为图中虚线所示的半球面。于是，样品电阻率为ρ，半径为r ，间距为dr 的两个半球等位面间的电阻为 dr r dR 2 2πρ = ， 它们之间的电位差为 dr r I IdR dV 2 2πρ= =。

气体放电中等离子体的研究

气体放电中等离子体的研究 091120*** 一、实验目的 1、了解等离子体的产生和有关参数的物理意义 2、采用探针法测量气体放电等离子体的电子温度和电子密度 二、实验原理 1.等离子体及其物理特性 等离子体(又称等离子区)定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。也就是说，其中正负电荷密度相等，整体上呈现电中性。等离子体可分为等温等离子体和不等温等离子体，一般气体放电产生的等离子体属不等温等离子体。 等离子体有一系列不同于普通气体的特性： （1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。 （2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。 （3）宏观上是电中性的。 虽然等离子体宏观上是电中性的，但是由于电子的热运动，等离子体局部会偏离电中性。电荷之间的库仑相互作用，使这种偏离电中性的范围不能无限扩大，最终使电中性得以恢复。偏离电中性的区域最大尺度称为德拜长度λD。当系统尺度L＞λD时，系统呈现电中性，当L＜λD时，系统可能出现非电中性。 2.等离子体的主要参量 描述等离子体的一些主要参量为： （1）电子温度Ｔe。它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。 （2）带电粒子密度。电子密度为ｎe，正离子密度为ｎi，在等离子体中ｎe≈ｎi。 （3）轴向电场强度ＥL。表征为维持等离子体的存在所需的能量。 （4）电子平均动能Ｅe。 （5）空间电位分布。 此外，由于等离子体中带电粒子间的相互作用是长程的库仑力，使它们在无规则的热运动之外，能产生某些类型的集体运动，如等离子振荡，其振荡频率Fp称为朗缪尔频率或等离子体频率。电子振荡时辐射的电磁波称为等离子体电磁辐射。 3.稀薄气体产生的辉光放电 本实验研究的是辉光放电等离子体。 辉光放电是气体导电的一种形态。当放电管内的压强保持在1０～1０2Pａ时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。辉光分为明暗相间的8个区域，在管内两个电极间的光强、电位和场强分布如图2.3-1所示。8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）辉区(即正辉柱)，（7）阳极暗区，（8）阳极辉

辉光放电

低温等离子体 什么是低温等离子体低温等离子体的产生方法低温等离子体的应用 领域 什么是低温等离子体？ 冰升温至0℃会变成水，如继续使温度升至100℃，那么水就会沸腾成为水蒸气。随着温度的上升，物质的存在状态一般会呈现出固态→液态→气态三种物态的转化过程，我们把这三种基本形态称为物质的三态。那么对于气态物质，温度升至几千度时，将会有什么新变化呢? 由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就变成由自由运动并相互作用的正离子和电子组成的混合物（蜡烛的火焰就处于这种状态）。我们把物质的这种存在状态称为物质的第四态，即等离子体(plasma)。因为电离过程中正离子和电子总是成对出现，所以等离子体中正离子和电子的总数大致相等，总体来看为准电中性。反过来，我们可以把等离子体定义为：正离子和电子的密度大致相等的电离气体。 从刚才提到的微弱的蜡烛火焰，我们可以看到等离子体的存在，而夜空中的满天星斗又都是高温的完全电离等离子体。据印度天体物理学家沙哈(M·Saha，1893-1956)的计算，宇宙中的99.9%的物质处于等离子体状态。而我们居住的地球倒是例外的温度较低的星球。此外，对于自然界中的等离子体，我们还可以列举太阳、电离层、极光、雷电等。在人工生成等离子体的方法中，气体放电法比加热的办法更加简便高效，诸如荧光灯、霓虹灯、电弧焊、电晕放电等等。在自然和人工生成的各种主要类型的等离子体的密度和温度的数值，其密度为106（单位：个／m3）的稀薄星际等离子体到密度为1025的电弧放电等离子体，跨越近20个数量级。其温度分布范围则从100K的低温到超高温核聚变等离子体的108-109K （1-10亿度）。温度轴的单位eV(electron volt)是等离子体领域中常用的温度单位，1eV=11600K。 通常，等离子体中存在电子、正离子和中性粒子(包括不带电荷的粒子如原子或分子以及原子团)等三种粒子。设它们的密度分别为ne,ni,nn，由于准电中性，所以电离前气体分子密度为ne≈nn。于是，我们定义电离度β=ne/(ne+nn)，以此来衡量等离子体的电离程度。日冕、核聚变中的高温等离子体的电离度都是100%，像这样β=1的等离子体称为完全电离等离子体。电离度大于1%(β≥10-2)的称为强电离等离子体，像火焰中的等离子体大部分是中性粒子(β<10-3 )，称之为弱电离等离子体。 若放电是在接近于大气压的高气压条件下进行，那么电子、离子、中性粒子会通过激烈碰撞而充分交换动能，从而使等离子体达到热平衡状态。若电子、离子、中性粒子的温度分别为了Te，Ti，Tn，我们把这三种粒子的温度近似相等(Te≈Ti≈Tn)的热平衡等离子体称为热等离子体(thermal plasma)，在实际的热

防静电检测方法分析

防静电检测方法 1术语和定义 表面电阻（surface resistance）：两个特定的放置于材料同一面的电极之间的电压与它们通过电流的比值。 体电阻（volume resistance）：单位厚度上的直流电压，与通过材料的单位面积电流的比值，测试电极放置于材料相对面的对应位置。 接地电阻（Earth Resistance）：被接地体与地下零电位面之间的接地引线电阻、接地器电阻、接地器与土壤之间的过渡电阻和土壤的溢流电阻之和。 摩擦起电（Triboelectrification）：用摩擦的方法使两物体分别带有等值异号电荷的过程。 衰减时间（decay time）：静电电压从峰值电压降低到给定比例的时间。例如：在15%相对湿度的情况下，静电电压从2000V降低到100V的衰减时间小于等于1秒。 屏蔽泄漏电压：因屏蔽体外部的高电场而使屏蔽体内部获得的感应电场电压或外部高电场穿透屏蔽体衰减的残留电场电压，又称屏蔽残余电压。 静电中和（Electrostatic Neutralization）：带电体上的电荷与其内部和外部相反符号的电荷（电子或离子）的复合而使所带静电部分或全部消失的现象。 2防静电参数测试方法 防静电主要参数及测试仪器

检验所使用的仪器必须经计量检定合格（有准用标签），并在有效期内。 2.1 防静电测试仪器介绍 专用防静电测试仪器主要有：简易表面电阻测试仪、兆欧表、静电场测试仪、离子风机离子平衡度测试仪、屏蔽残余电压测试仪、腕带测试仪、人体综合电阻测试仪、腕带测试仪和人体综合电阻测试仪的校准仪。 2.1.1 手持式简易表面电阻测试仪 简易表面电阻测试仪，测试量程为103~1012Ω，适用于测试平面材料，通过测试结果可以分辨被测材料为导体类、静电耗散类和绝缘类。 由于静电耗散材料的表面电阻为1×104Ω≤Rs＜1×1011Ω，因此测试仪面板指示的1011Ω档（面板的黑色圆圈处）修正为绝缘材料，不是静电耗散材料。 简易表面电阻测试仪配有一根专用接地线，把接地线的香蕉插头插入仪器表面的接地孔，另一度端的鳄鱼夹夹在接地母线上，把表面电阻测试仪平压在防静电台垫上，可以测试台垫的接地电阻。 图1 简易表面电阻测试仪 兆欧表 公司表面电阻测试仪，配有两根连线和2Kg重的测试电极两个，适用于测试平面材料，通过测试结果可以分辨被测材料为导体类、静电耗散类和绝缘类，可以测试材料表面电阻和体积电阻（或系统电阻），把两根连线把测试仪和两个测试电极连接起来，两个电极放置在材料的同一表面即可测试表面电阻，两

气体放电中等离子体的研究实验报告 南京大学

南京大学物理系实验报告 题目实验2.3 气体放电中等离子体的研究 姓名朱瑛莺 2014年4月4日学号 111120230 一、引言 等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。朗缪尔和汤克斯首先引入“等离子体”这个名称。近年来等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。 二、实验目的 1、了解气体放电中等离子体的特性。 2、利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。 三、实验原理 1、等离子体及其物理特性 等离子体有一系列不同于普通气体的特性： （1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。（2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。 （3）宏观上是电中性的。 2、等离子体的主要参量 描述等离子体的一些主要参量为： （1）电子温度Te。它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。 （2）带电粒子密度。电子密度为n e ，正离子密度为n i ，在等离子体中n e ≈n i 。 （3）轴向电场强度E L 。表征为维持等离子体的存在所需的能量。 （4）电子平均动能Ee 。 （5）空间电位分布。 3、稀薄气体产生的辉光放电 本实验研究的是辉光放电等离子体。 辉光放电是气体导电的一种形态。当放电管内的压强保持在10-102Pa时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。辉光分为明暗相间的8个区域。8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区（即正辉柱），（7）阳极暗区，（8）阴极辉区。 如图1所示，其中正辉区是我们感兴趣的等离子区。其特征是：气体高度电离；电场强度很小，且沿轴向有恒定值。这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布律。由其具体分布可得到一个相应的温度，即电子温度。但是，由于电子质量小，它在跟离子或原子作弹性碰撞时能量损失很小，所以电子的平均动能比其他粒子的大得多。这是一种非平衡状态。因此，虽然电子温度很高（约为105Ｋ），但放电气体的整体温

等离子体辉光放电 - 河南大学精品课程网

等离子体辉光放电 【实验目的】 1.观察低压气体辉光放电现象。 2.用探针法测量等离子体中电子等效温度、电子浓度、正负离子的平均速度、平均动能。 3.验证等离子体区电子浓度服从麦克斯韦速度分布律。 【教学重点】 1.观察气体辉光放电的现象； 2.等离子体辉光放电的原理； 3.探针法测量等离子体物理参数的方法； 【教学难点】 离子体物理参数的计算步骤 【时间安排】3学时 【教学内容】 一、检查学生预习情况 检查预习报告。 二、学生熟悉实验仪器设备 机械泵、真空放电管、高压电压等。 三、讲述实验目的和要求 1. 检查真空系统是否存在漏点；放电管内真空用机械泵抽至50Pa左右，并保持稳定；缓慢旋转高压电源旋钮，增加高压到1000V左右，应看到放电管被点亮；辨认各个放电区域. 2. 调节高压和气压，使放电管内等离子区稳定，并且颜色均匀（无层状）；缓慢降低探极电压， 并且记录探极电压和探极电流；做lg e I V ? 特性曲线，进行数据处理，得到电子等效温度、电子平 均速度、电子平均动能、电子浓度和正离子的浓度. 四、实验原理 一、辉光放电现象 当放电管内的气压降低到几十帕时，两极加以适当的电压，管内气体开始放电，辉光由细到宽，布满整个管子。当压力再降低时，辉光便分为明暗相间的八个区域.

二、用试探电极法研究等离子区 所谓试探电极就是在放电管里引入一个不太大的金属导体，导体的形状有圆柱形、平面形、球形等。我们实验用的是圆柱形。 试探电极是研究等离子区的有力工具，利用探极的伏特——安培曲线，可以决定等离子区的各种参量。测量线路如图2所示。在测量时尽量保持管子的温度和管内气体的压强不变。 实验测得的探极电压和电流曲线如上图3。对这一曲线作如下的解释：AB 段表示加在探极上的电压比探极所在那一点的空间电位负得多，在探极周围形成了正的空间电荷套层，套层的厚度一般小于等离子区中电子的自由路程。这时探极因受正离子的包围，它的电力线都作用在正离子上，不能跑出层外，因此它的电场仅限于层内。根据气体分子运动理论，在单位时间内有eS n v i i 4 1 个正 离子靠热运动达到探极上，形成的负电流 eS n v I i i i 4 1 = 我们对图中BE 段最感兴趣，因此下面将详细地加以讨论。正离子和电子是靠热运动而到达探极上的。在曲线BD 段内，探极电压比空间电位低，因此它的电场是阻止电子运动的，靠近探极的 1阿斯顿暗区 2阴极辉区 3阴极暗区 4负辉区 5法拉第暗区 6 阳辉区 (等离子区) 7阳极暗区 8阳级辉区 图2 图3 e 200 B 100 Vs 1

实验三 低压气体辉光放电等离子体的参量测量

实验三低压气体辉光放电等离子体的参量测量 一、实验目的和要求 1.观察直流低气压辉光放电等离子体的唯象结构，通过对辉光等离子体的伏安曲线 的测量，理解辉光等离子体的电学特性; 2.采用Langmuir双探针测量直流辉光放电等离子体的参数，用双探针法测量气体 放电等离子体的电子密度和电子温度。 二、实验基础知识 1. 等离子体 宏观物质存在的形态不限于一般所熟知的固、液、气三态，等离子体被称为第四态。我们知道，物质的温度越高，它的分子或原子就活跃。在固体里，一般温度下，原子和分子按照严格的规律整齐排列。温度升高到熔点以上变为液体时，它们就可以运动，但还要受到一定的限制。温度再升高，蒸发为气体后，分子或原子都能自由运动，不受限制。但原子内部的电子还被束缚在一定轨道上运动，不能脱离原子核。如果温度再升高，电子就可以脱离原子，完全自由地运动。失去电子的原子也成为带电的正离子。由正离子和电子按一定比例组成总电荷为零的物质形态，就称为等离子态。这种物质就称为等离子体，或者等离子区。因此等离子体定义为包含大量正负带电粒子，而又不出现净空间电荷的电离气体。即其中正、负电荷密度相等，整体上呈现电中性。等离子体早就被人们所见到：宏伟的极光、闪电或电网上的火花、五颜六色的霓虹灯、明亮的高压汞灯、钠灯和日光灯都是等离子体在发光；地球周围的电离层、整个太阳以及其它恒星也是由等离子体组成。等离子体可分为等温等离子体和不等温离子体。一般气体放电产生的等离子体属不等温离子体。 等离子体有一系列的不同于普通气体的独特性质：有很高的温度，气体分子高度电离，是电和热的良导体；带正电荷和带负电荷的粒子密度几乎相等，宏观上是电中性的；等离子体可以为外加电场或磁场所支配；等离子体具有很大且复杂的电导率；产生等离子体震荡。虽然等离子体在宏观上是电中性的，但是由于电子的热运动，等离子体局部会偏离电中性。电荷之间的库仑相互作用，使这种偏离电中性

气体放电中等离子体的研究

气体放电中等离子体的研究

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气体放电中等离子体的研究 摘要：本文阐述了气体放电中等离子体的特性及其测试方法，分别使用单探 针法和双探针法测量了等离子体参量，最后对本实验进行了讨论。 关键词：等离子体，等离子体诊断，探针法 1.引言 等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。朗缪尔和汤克斯首先引入“等离子体”这个名称。近年来等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。 2.实验目的 1.了解气体放电中等离子体的特性。 2.利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。 3.实验原理 1.等离子体定义及其物理特性 等离子体（又称等离子区）是一种由等量正负电荷离子和中性粒子组成的电离气体，其中正负电荷密度相等，整体上呈现电中性。等离子体可分为等温等离子体和不等温等离子体，一般气体放电产生的等离子体属不等温等离子体。 等离子体有一系列不同于普通气体的特性： （1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。 （2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。 （3）宏观上是电中性的。 2.等离子体的主要参量 描述等离子体的一些主要参量为： （1）电子温度Te。它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。 （2）带电粒子密度。电子密度为n e，正离子密度为n i，在等离子体中n e≈n i。 （3）轴向电场强度E L。表征为维持等离子体的存在所需的能量。 （4）电子平均动能Ee 。

2.2和2.3气体放电等离子体及其应用

电容耦合射频放电 为了维持直流辉光放电，电极必须是可导电的。如果其中一端或两端电极都不可导电，如当辉光放电用于绝缘材料的光谱化学分析或介质薄膜的沉积，此时电极表面附着绝缘材料，电极因正负电荷的积累而充电，辉光放电熄灭。为了解 决这个问题，可以在电极间加交流电压，这样，每个电极都可以充当阳极和阴极，在电压正半周期时积累的部分电荷将会在电压负半周期时被抵消。 通常，电压频率为射频范围（1kHz-310kHz ，常见频率为13.56MHz ）。严格的说，在其他电压频率时，也会产生电容耦合放电，所以称其为交流放电更合适。另外，频率应该很高，这样半个周期才会比绝缘体充满电的时间短。否则，电极将会相继呈相反极性，引起短暂放电，而不是持续放电。由计算可得，当所加电压频率大于100kHz 时，放电能持续。实际上，很多射频辉光放电过程产生于13.56MHz 。因为该频率是国际通信局规定的，其在传播一定能量的时候不会对通信产生干扰。 此时需要强调，所谓电容耦合，指的是将输入功率耦合为放电一种方式，也就是说，利用两个电极及其鞘层形成一个电容。后面会讲到，射频功率也可以利用其它方法耦合放电。 在典型射频频率下，电子和离子的行为完全不同，这可通过它们不同的质量解释。电子质量小，可以跟得上射频电压产生的时变电场的变化。实际上，电子的固有频率，或所谓的电子等离子体频率为：;02εe e pe m e n w = e pe n f 9000=（Hz ） （1） e n 用3-cm 表示。当电子密度从1010变化到 31310-cm 时，等离子体频率由9×810变化至3× 1010Hz ，比13.56MHz 大很多。如果电压频率小于 离子等离子体频率，离子可以跟得上鞘层内的电 场的变化。由于离子等离子体频率与质量呈反 比，电子可以跟的上典型射频时电场的变化，而 离子只能跟得上随时间均匀变化的电场。 电容耦合射频放电的另一个重要的方面是， 自给偏压现象，也是由电子和离子质量的不同引 起的。当两电极大小不同时，或当射频电源与电 极之间形成耦合电容时，或电极是绝缘的（因为可以把它当作电容），自给偏压也称直流偏压便会形成。当在由电极形成的电容上施加一方波（见图3）时，等离子体电压值将达到所加电压的值。当所加电压刚开始为正时，如图3，电子将加速向电极运动。因此，电容将通过电子电流迅速充电，等离子体电压下降。半个周期后，所加电压极性改变时，等离子体电压改变相同的数值（即施加电压幅值的2倍）。电容此时通过离子电流已充电完成，等离子体电压将下降，但比先前下降的少，因为离子的迁移率较低，导致离子流通量较小。又经过半个周期时，电压极性改变，同样等离子体电压极性也改变。此时，等离子体电压下降更快，因为电容因电子流又充满了电。此过程周而复始，直到电容最终充满足够的阴极电荷，此时电子和离子在一个射频周期内流量相同。最终在射频功率电极间形成一个随时间均匀变化的负直流偏压（图3中的虚线表示）。需要说明的是，该现象也会发生在地极中，但影响很小。图4为一典型的正弦电压，其频率为13.56MHz ，以及其所对应的直流偏压。

防静电检测方法

防静电检测方法 1 2020年4月19日

防静电检测方法 1术语和定义 表面电阻（surface resistance）：两个特定的放置于材料同一面的电极之间的电压与它们经过电流的比值。 体电阻（volume resistance）：单位厚度上的直流电压，与经过材料的单位面积电流的比值，测试电极放置于材料相对面的对应位置。 接地电阻（Earth Resistance）：被接地体与地下零电位面之间的接地引线电阻、接地器电阻、接地器与土壤之间的过渡电阻和土壤的溢流电阻之和。 摩擦起电（Triboelectrification）：用摩擦的方法使两物体分别带有等值异号电荷的过程。 衰减时间（decay time）：静电电压从峰值电压降低到给定比例的时间。例如：在15%相对湿度的情况下，静电电压从 V降低到100V的衰减时间小于等于1秒。 屏蔽泄漏电压：因屏蔽体外部的高电场而使屏蔽体内部获得的感应电场电压或外部高电场穿透屏蔽体衰减的残留电场电压，又称屏蔽残余电压。 静电中和（Electrostatic Neutralization）：带电体上的电荷与其内部和 2 2020年4月19日

外部相反符号的电荷（电子或离子）的复合而使所带静电部分或全部消失的现象。 2防静电参数测试方法 防静电主要参数及测试仪器 检验所使用的仪器必须经计量检定合格（有准用标签），并在有效期内。 2.1 防静电测试仪器介绍 专用防静电测试仪器主要有：简易表面电阻测试仪、兆欧表、静电场测试仪、离子风机离子平衡度测试仪、屏蔽残余电压测试仪、腕带测试仪、人体综合电阻测试仪、腕带测试仪和人体综合电阻测试仪的校准仪。 2.1.1 手持式简易表面电阻测试仪 简易表面电阻测试仪，测试量程为103~1012Ω，适用于测试平面材料， 3 2020年4月19日

第六章、辉光放电(Glow discharge)

第六章、辉光放电（Glow discharge） 辉光放电是放电等离子体中最常见的一种放电形式，应用也最广泛。比如，一般的气体激光器（He-Ne 激光器、CO2激光器等）、常用光源（荧光灯）、空心阴极光谱灯等。同时辉光放电也是放电形式中放电最稳定的放电形式，所以有必要对辉光放电进行较为详细的讨论。 §6.1 辉光放电的产生及典型条件 最简单的辉光放电的结构如图6.1（a）。调节电源电压E或限流电阻R，就会得到如图6.1（b）的V-A 特性曲线。管电压U调节到等于着火电压U b时，放电管内就会从非自持放电过渡到自持放电，此时，放电电流I会继续增大，管压降U下降，进入辉光放电区。放电管发出明亮的辉光，其颜色由放电气体决定。限流电阻R应比较大，以保证放电稳定在辉光放电区。如果限流电阻R很小，放电很容易进入弧光放电区。 辉光放电的特点：比较高的放电管电压U(几百~几千V)，小的电流I（mA量级）； 弧光放电的特点：很低的放电电压U（几十V），大电流放电I（A量级甚至更大）。 辉光放电的典型条件： ①放电间隙中的电场分布比较均匀，至少没有很大的不均匀性；例如He-Ne激光器的放电管内电场近似 均匀。 ②放电管内气体压强不是很高，要求满足（Pd）Ubmin＜Pd＜200Kpa cm（巴邢曲线的右支），d---放电管内 电极间距，（Pd）Ubmin--巴邢曲线最低点U bmin对应的Pd值。一般P=4Pa~14Kpa时，可出现正常辉光放电，而Pd＞200Kpa cm时，非自持放电通常会过渡到火花放电或丝状放电； ③放电回路中的电源电压和限流电阻准许放电管的放电电流工作在mA量级，且电源电压应高于着火电 压U b，否则不能起辉。

表面分析方法——电子探针

表面物理化学结课论文—— 电子探针表面分析方法及原理 学院（系）： 专业： 学生姓名： 学号： 教学老师： 完成日期：

目录 摘要................................................................................................................... - 1 - 一、显微分析方法................................................................................................... - 1 - 1.1电子探针显微分析 .............................................................................. - 1 - 1.2离子探针显微分析 .............................................................................. - 1 - 1.3低能电子衍射分析 .............................................................................. - 2 - 1.4俄歇电子能谱分析 .............................................................................. - 2 - 1.5 场离子显微镜与原子探针 .................................................................. - 3 - 1.6 扫描隧道显微镜 .................................................................................. - 3 - 二、电子探针显微分析原理................................................................................... - 4 - 2.1 电子光学系统与观察 .......................................................................... - 5 - 2.2 X 射线分光(色散)系统....................................................................... - 5 - 2.3 计算机系统 .......................................................................................... - 6 - 三、电子探针仪的分析方法及应用....................................................................... - 7 - 3.1 定性分析 .............................................................................................. - 7 - 3.1.1 定点分析 ................................................................................... - 7 - 3.1.2 线分析 ....................................................................................... - 7 - 3.1.3 面分析 ....................................................................................... - 7 - 3.2 定量分析 .............................................................................................. - 7 - 3.3 电子探针的应用 .................................................................................. - 8 - 3.3.1 断口分析 ................................................................................... - 8 - 3.3.2 镀层表面形貌分析和深度检测 ............................................... - 8 - 3.3.3 微区化学成分分析 ................................................................... - 8 - 3.3.4 显微组织及超微尺寸材料的研究 ........................................... - 9 - 3.3.5 催化剂研究 ............................................................................... - 9 - 3.3.6 地质、矿物方面的应用 ........................................................... - 9 - 3.3.7 在金属领域的应用 ................................................................. - 10 - 3.3.8 生物学、医学及法学中的应用 ............................................. - 10 -参考文献........................................................................................................... - 11 -