听说过等离子清洗机的等离子鞘层吗？
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等离子清洗机的等离子鞘层是等离子体的一个重要特征，等离子鞘层的具体表现与放电参数关系密切，通过对鞘层的研究可以了解等离子体的一些重要性质。 1 等离子鞘层的定义 等离子清洗机形成的等离子体与腔壁之间或者放进去的固体工件之间，都会看到在等离子体与固体表面接触处，有形成一层电位的薄层，这薄层的厚度，数量级相当于德拜长度，薄层内明显偏离电中性，这一薄层把等离子体包围起来称为等离子体鞘层或等离子体鞘(plasma sheath)，简称“鞘”(sheath)。 等离子清洗机这种弱电离的等离子体中，维持等离子体放电的能量来自于外加电源对电子的加热过程，而离子与本底气体接近热平衡，因此电子温度通常为几个电子伏特（eV），故而离子温度较低。在这种情况下，可以认为离子会被鞘层电位加速而具有单一能量，电子密度的变化则满足玻尔兹曼分布规律（随电位的降低而减小）。 2 浮置板处的鞘 等离子清洗机在处理绝缘体工件时，由于电流不能流过基板，所以绝缘体表面的荷电粒子要么停留在表面，要么在表面复合后以中性粒子返回等离子体区。为使表面电流为零，单位时间内达到表面处的电子数和离子数必须相等，但要达到稳定状态需要一个过程。 假定开始时等离子体电中性条件成立，由于离子质量比电子大得多，电子速度要大些。即使二者的热运动动能相同，离子的运动速度也比电子要小得多。因此开始时，达到绝缘体表面的电子数目比离子要多得多，除了一部分参加复合外，电子将过剩，从而使绝缘体表面相对于等离子体呈现负电位。 这个负电位将排斥电子而吸引正离子，这个电位也发生相应的变化，直到绝缘体表面的负电位达到某个确定的值，使离子和电子流相等为止，绝缘工件表面的电位趋于稳定，这个放置在等离子体中的绝缘体称为浮置基板，而其表面形成的稳定电势称为浮置电位V:(floating-potential)。显然，浮置电位相对于等离子体是一个负电位，在浮置基板与等离子体之间形成一个由正离子构成的空间电荷区，也就是离子鞘层。在简单情况下的等离子体相对于绝缘的器壁的电势要高约几倍的Te/e值，如图1所示
实际上不仅是浮置基板，凡是与等离子体交界的任何绝缘体(包括放电管壁)，都会保持一定的浮置电位，其近旁也都会形成离子鞘。结果，浮置电位相对于等离子体总是负的；或者说等离子体电位相对于任何与之接触的绝缘体总是正的。 3 电极近旁的鞘 等离子清洗机电极的电位为Vs，改变它使其与等离子体之间有一个电位差，在电极有电流的情况下，电极相对于等离子体的电位可正可负。由于有外电势作用于等离子体，等离子体因此必然对此做出反应。结果，等离子体将不再保持原来的状态。 若Vs>Vp（即电极相对于等离子体电势为正值），电极附近的电场将吸引电子而排斥正离子，使电子密度超过离子密度（ne>ni），最终在电极近旁形成电子空间电荷层，称为电子鞘。此时流向电极的电子流较大，如图2所示
反之，若Vs
对于等离子清洗机而言，在放电等离子体中，通常阴极附近的离子鞘更为重要。 |
