Катодное темное пространство

Тлеющий разряд возникает при малых давлениях газа (единицы и десятые доли кПа) и значительных сопротивлениях во внешней цепи. Тлеющий разряд представляет собой совокупность нескольких значительно отличающихся светящихся и темных участков в газовом промежутке (рис. 111.59). Наибольшее падение напряжения наблюдается в зоне 2 (катодном темном пространстве), где имеет место увеличение кинетической энергии электронов за счет электрического поля. Электроны вылетают из катода в результате ударов положительных ионов и быстрых атомов о материал катода (вторичная ионно-электронная эмиссия). Движущиеся к аноду электроны, соударяясь с молекулами и атомами, возбуждают и ионизируют их. Переход из возбужденных состояний в нормальное сопровождается свечением. Тлеющий разряд используется в газосветных лампах, наполненных аргоном, неоном с добавками паров ртути. [c.251]

К — катод А — анод I — катодное свечение 2 — катодное темное пространство 3 — отрицательное тлеющее свечение 4 — фарадеево темное пространство 5 — положительный столб (светящаяся область) 6 — анодное свечение [c.251]

В катодном темном пространстве происходит сильное ускорение электронов и положительных ионов, выбивающих электроны из катода (автоэлектронная эмиссия). Здесь наблюдается резкое падение потенциала, связанное с высокой концентрацией положительных ионов на границе перехода от катодного темного пространства к катодному свечению. В зоне отрицательного смещения электроны те1)яют энергию при ударной ионизации газовых молекул. В результате образуются положительные ионы, необходимые для поддержания разряда. Любое тело, погруженное в газоразрядную плазму, заряжается отрицательно. [c.146]

В области положительного столба концентрация электронов и ионов приблизительно одинакова и очень велика, благодаря чему область обладает высокой электропроводностью, падение потенциала весьма мало. Положительный столб при сближении электродов может совсем исчезнуть. Но длина катодного темного пространства при уменьшении расстояния анод — катод не изменяется. [c.146]

В однородном положительном столбе продольная составляющая электрического поля одинакова по всей длине столба. Отсюда следует, что результирующий пространственный заряд в положительном столбе равен нулю, т. е. концентрации электронов и положительных ионов в любой точке равны (рис. 1У-3). Вследствие малой подвижности положительных ионов практически весь ток разряда переносится электронами, а положительные ионы лишь компенсируют пространственный заряд электронов. Величина напряженности поля в положительном столбе на несколько порядков меньше, чем в катодном темном пространстве. Это обстоятельство так же, [c.124]

По мере дальнейшего уменьшения давления шнур расширяется до тех пор, пока пе заполнит всю трубку. При давлениях, несколько меньших, чем 1 мм Пд, разряд принимает форму тлеющего разряда с хорошо определенным катодным темным пространством, катодным свечением и положительным сто.лбом. При давлениях ниже 10 мм Hg (при градиенте потенциала ниже [c.148]

Оценка вакуума по ширине катодного темного пространства возможна по той причине, что она приблизите.льно обратно пропорциональна давлению [58]. Этот способ не очень точен, но во многих случаях вполне пригоден. [c.149]

Если произошел пробой, количества вторичных электронов, эмиттируемых катодом, достаточно для установления разряда, и в этом случае говорят, что разряд является самостоятельным. Самостоятельный тлеющий разряд имеет хорошо выраженную структуру, подобную изображенной на рис. 3. Наибольший интерес представляет область, обозначенная как катодное темное пространство. Это область, в которой накапливаются положительные ионы, образующие здесь упомянутый выше пространственный заряд. Толщина ее приблизительно равна среднему расстоянию, которое проходят эмиттированные катодом электроны до первого ионизирующего столкновения. Это расстояние не следует путать с длиной свободного пробега электрона, которая определяется упругими столкновениями и в пять—десять раз меньше. [c.408]

Так как существование самостоятельного разряда зависит только от эмиссии достаточного числа электронов с катода за счет его бомбардировки положительными ионами из области отрицательного свечения, то изменение расположения анода будет слабо влиять на электрические характеристики разряда. Так например, если анод начать все ближе и ближе придвигать к катоду, это заметно скажется на электрических характеристиках разряда лишь после того, как последовательно исчезнут положительный столб, фарадеево темное пространство и, наконец, большая часть отрицательного свечения. Когда же анод приблизится к границе катодного темного пространства, то заметно уменьшится число генерируемых ионов, и напряжение, необходимое для поддержания разряда в этом случае, резко возрастет, так как для компенсации уменьшения числа ионов должен увеличиться коэффициент вторичной электронной эмиссии. Такой разряд называется затрудненным тлеющим разрядом. Если анод придвинуть прямо к краю темного пространства (следовательно, расположить его от катода на расстоянии, меньшем средней длины пробега электронов, необходимой для ионизации атомов газа), то ионизации газа происходить не будет, и поддерживать разряд не удастся, даже прикладывая к электродам большие напряжения. Как уже указывалось ранее, в экспериментах по ионному распылению используется аномальный разряд. Это главным образом объясняется тем, что в нормальном разряде для получения нужных скоростей распыления материала катода плотность тока слишком низка кроме того, вследствие низкой величины падения напряжения в нормальном разряде коэффициенты распыления также малы. [c.410]

Если давление газа в разрядной трубке с самостоятельным тлеющим разрядом уменьшать, то число ионизирующих столкновений на единицу длины для электронов, эмиттированных из катода, будет уменьшаться. Следовательно, уменьшится плотность ионов в разряде. Это, в свою очередь, приведет к уменьшению числа ионов, падающих на катод. Недостаток ионов будет компенсироваться увеличением падения напряжения на катодном темном пространстве (так как это вызовет увеличение коэффициента вторичной электронной эмиссии). [c.412]

Для получения дополнительных электронов можно применить нагреваемый катод, который бы эмиттировал электроны в основном посредством термоэлектронной, а не вторичной эмиссии. В этом случае разряд, который иногда называется низковольтной дугой, обеспечивается электронным током даже в высоком вакууме. Однако в вакууме ток будет ограничиваться пространственным зарядом, поскольку в этом случае в непосредственной близости от катода образуется электронное облако, и весь ток эмиссии сможет попасть на анод лишь тогда, когда к электродам будет приложено очень высокое напряжение. В атмосфере газа низкого давления соударения электронов с атомами газа приводят к генерации ионов, если приложенное напряжение превышает потенциал ионизации газа. Как и в случае самостоятельного тлеющего разряда, медленные ионы будут накапливаться у катода, и здесь возникнет темное пространство. Это темное пространство существенно отличается от катодного темного пространства в самостоятельном тлеющем разряде. Оно состоит из электронной оболочки, непосредственно примыкающей к катоду, и ионной оболочки, граничащей с плазмой. Пространство это часто называют двойной оболочкой. Оно выполняет две функции. Менее важная — это нейтрализовать пространственный заряд электронов, и более важная — служить виртуальным анодом, очень близко расположенным к катоду, так что электрическое поле здесь становится сравнимым с полем в высоком вакууме при очень высоких напряжениях, приложенных ко всей трубке. [c.413]

I) Продольное магнитное поле (параллельное электрическому полю в темном пространстве). Продольное магнитное поле не влияет на двин е-ние электронов в катодном темном пространстве. Рассмотренный выше эф- [c.414]

J—катодная светящаяся пленка 2—катодное темное пространство з—катодное свечение 4—Фарадеево темное пространство [c.371]

В последнее время интерес к катодным частям тлеющего разряда непрерывно возрастает, что объясняется использованием последних в СВЧ-приборах (газоразрядные аттенюаторы и фазовращатели, детекторы и др.), а также в качестве источника спектров. Плазма отрицательного свечения (ОС) тлеющего разряда в отличие от плазмы положительного столба создается пучком электронов с высокой энергией, который формируется в области катодного темного пространства. Электроны пучка вызывают интенсивную ионизацию газа и возбуждают высокие уровни в спектре гелия [1, 2]. [c.118]

Прн понижении давления газа в трубке катодное темное пространство и примыкающая к нему область отрицательного свечения расширяются, а свечение становится более бледным. Прн давлении 0,01 мм рт. ст. и ниже всякое свечение газа внутри трубки прекращается. [c.8]

Особое значение в тлеющем разряде имеют только две его части — катодное темное пространство и отрицательное свечение. В этих зонах и происходят основные процессы, поддерживающие разряд. Если в газоразрядной трубке сделать анод подвижным и постепенно придвигать его к катоду, то все катодные части остаются неизменными, а укорачивается только положительный столб. При дальнейшем уменьшении длины разрядного промежутка начинает укорачиваться фарадеево темное пространство. Когда анод попадает в отрицательное свечение, оно исчезает. Одпако при этом разряд продолжает существовать. И только когда анод подходит к границе между катодным темным пространством и отрицательным свечением, разряд гаснет. Чем это вызывается [c.8]

Таким образом, основные процессы, поддерживающие самостоятельный разряд (ионизация электронными ударами в объеме газа и вторичная электронная эмиссия нз катода), происходят в катодных частях тлеющего разряда. Поэтому без катодного темного пространства и зоны отрицательного свечения тлеющий разряд невозможен. [c.8]

Кроме автоэлектронной при ионной бомбардировке катода протекает интенсивная вторичная электронная эмиссия. Основными зонами тлеющего разряда (рис. 51) являются катодное темное пространство и отделенное от него отрицательное свечение, которое нередко переходит в зону фарадеева темного пространства. Эти три зоны [c.145]

Если в разряд ввести дополнительшмй электрод и подать на него некоторое смещение относительно анода, то при отрицательном смещении вокруг этого второго катода возникает своя ионная оболочка. Но так как разряд уже поддерживается током вторичных электронов с основного ка тода, вспомогательный катод может работать при любых низких напряжениях, поскольку существование разряда никак не зависит от его потенциала. Темное пространство, которое образуется вокруг такого дополнительного катода (иногда называемого зондом), полностью аналогично катодному темному пространству и носит название ленгмюрова темного пространства, Толщина ионной оболочки определяется равновесием между силами притяжения, обусловленными отрицательным зарядом зонда и силами отталкивания из-за повышенной плотности положительных ионов. Таким образом толщина оболочки увеличивается с ростом напряжения, [c.411]

Эффекты типа только что рассмотренных могут объяснить, почему за-родышеобразовакие и рост тонких пленок при ионном распылении часто зависят от положения подложки в распылительной камере. Например, Молнар и др. [35] сравнивали конденсацию пленок арсенида галлия, распыляемых на подложки из плавленного кварца и полированного флюорида кальцня в зависимости от температуры и положения подложек в распылительной системе. В частности, сравнивались осажденные пленки на подложках, помещенных в катодное темное пространство и в область отрицательного свечения разряда. Было установлено, что на подложках, находившихся в области отрицательного свечения, росли пленки с преимущественной ориентацией (III) во всем исследовавшемся интервале температур подложки (вплоть до 600° С), тогда как на подложках, помещавшихся в темное пространство, до температур 400° С росли аморфные пленки, до температ ры 510° С отмечалась текстура (110), которая резко изменялась на текстуру (1П) прн дальнейшем увеличении температуры. К сожалению нашего пониман гя всех этих эффектов совершенно недостаточно, чтобы делать общие предсказания о том, какой тип пленки будет получен при любой наперед заданной системе параметров разряда. [c.419]

Экранирование катода и однородность пленок. Обычно распылительная система монтируется таким образом, чтобы ионное распыление имело место лишь на одной стороне мишени. Это объясняется тем, что на обратной стороне часто располагаются охлаждающие змеевики, крепления и т. п,. распыление которых было бы весьма нежелательным. Кроме того, это обусловлено необходимостью экономии полного тока, подводимого к катоду. От нежелательного распыления чаще всего избавляются, применяя матал-лические экраны, и.меющие потенциал анода и располагаемые от катода на расстоянии, меньшем толщины катодного темного пространства [1]. Как уже отмечалось ранее, нельзя зажечь разряд между двумя поверхностями, разделенными промежутком, который был бы меньше катодного темного про-странства.Очевидно, что экран катода должен повторять все его контуры с тем, чтобы нигде не отстоять от катода дальше, чем на толщину катодного темного пространства. Если даже разряд, возникший где-либо внутри системы экран — катод, и не приведет к появлению распыленного материала в рабочем объеме, он может легко перерасти в дуговой разряд. Чтобы предотвратить распыление определенных участков катода, вместо экранирования их можно изолировать, покрыв диэлектрическим материалом. Однако при этом возникает опасность газовыделения придание же необходимой фор.мы диэлектрическому покрытию является несравнимо более сложной задачей, чем изготовление металлического экрана. Кроме того, часто возникают осложнения в связи с осаждением на диэлектрик распыляемого материала. [c.421]

Рассеяние энергии и контроль температуры подложки. Хотя ионное распыление представ.ляет собой по существу низкоте.мпературный процесс, однако побочным его результатом является выделение значительных количеств энергии, которое может привести к существенному и, как правило, нежелательному повышению те.мпературы в распылительной системе, еслп, конечно, не будут приняты меры по эффективному отводу избыточной тепловой энергии. На выброс распыляемого. материала и вторичных электронов идет менее I % всей прикладываемой мощности. Около 75% остальной, непроизводительной мощности выделяется в виде теп.ла на катоде при бомбардировке его ионами и быстрыми нейтральными атомами. Кроме того, мощность передается вторичным электронам, когда они ускоряются в катодном темном пространстве, а затем переходит в тепло при соударениях этих электронов с подложкой. Если же на подложку подать достаточно большой отрицательный потенциал, чтобы отталкивать быстрые вторичные электроны, подложка разогреется еще сильнее, поскольку будет в этом случае притягивать соответствующее число положительных ионов. Таким образом. [c.423]

Это объясняется оеложнения.ми, связанными с обсуждавшейся ранее проблемой обратного потока паров масла, а также тем, что с повышением давления уменьшение толщины катодного темного пространства делает более трудной задачу эффективного экранирования катода. [c.427]

Петерс и Мантелл установили также, что относительные количества тепла, выделяемого на ка годе и подложке, зависели от концентрации кислорода. При более высоки.х концентрациях кислорода на аноде выделялось большее количество тепловой энергии, чем га катоде. В зависимости от условий распыления от 35 до 60% полной подводимой к системе энергии не выделялось ни на одном из электродов, а шло, по-видимому, на разогрев распыляюш,его газа. В присутствии кислорода относительное количество тепла, рассеиваемого н > аноде, при повышении полной прикладываемой мощности, также несколько увеличивалось. Все эти данные согласуются с моделью, согласно которой образующиеся на катоде отрицательные ионы ускоряются в катодном темном пространстве, проходят область отрицательного свечения и, обладая значительной энергией, бомбардируют анод и подложку. [c.439]

Из экспериментального графика (рис. 3,6), характеризующего распределение потенциала по длине трубки, мы видим, что значительная часть падения потенциала в разряде приходится на область между катодом и границей отрицательного свечения. Эта разность потенциалов по.дучила название катодного падения потенциала. Соответственно в этой зоне относительно велика и напряженность электрического поля Е. Именно благодаря этому сильному полю полоу кительпые попы, проходя через область катодного темного пространства, приобретают необходимую энергию для образования интенсивной вторичной электронной эмиссии с катода, без которой тлеющий разряд не мог бы существовать. В поле этой же области вторичные электроны также ускоряются и при последующих соударениях с атомами газа на пути к аноду создают новые лавины электронов и ионов. [c.8]

Электрон начинает свой путь с катода с очень малой начальной скоростью и энергией (порядка 1 эв). Он не может вызвать возбуждения атомов, а следовательно, и свечения, пока его энергия не достигнет, по крайней мере, наинизшего (первого) потенциала возбуждения. Поэтому в области астонова темного пространства электрон набирает энергию, соответствующую энергии возбуждения. В светящемся катодном слое такие возбуждения уже начинаются. На более далеких расстояниях от катода большинство электронов (но не все) имеет большую скорость и возбуждения мало вероятны. Такие электроны способны ионизировать атом. Вследствие этого интенсивность излучения катодного темного пространства невелика. [c.9]

Опыт показывает, что если вследствие большого сопротивле1ПШ внешней цепп ток в тлеющем разряде невелик, то отрицательным свечением покрыт не весь катод. Поверхность катода, покрытая свечением, пропорциональна току в трубке. Длина катодного темного пространства и плотность тока при увеличении или уменьшении тока остаются неизменными. Вместе с тем остается постоянным и катодное падение потенциала. Такой режим называют режимом нормального катодного падения. Для давления порядка нескольких десятков мм рт. ст. нормальное катодное падение не зависит от давления и определяется лишь материалом катода и родом газа. Например, для никелевого катода в водороде нормальное катодное падение равно 211 в, а сложных цезиевых катодов в неоне 30—40 в. Нормальное катодное падение всегда меньше напряжения зажигания самостоятельного разряда. [c.10]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология