Частотная зависимость параметров индуктивного ВЧ-разряда, помещенного в слабое магнитное поле

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Выполнены исследования свойств индуктивного ВЧ-разряда, помещенного в продольное внешнее магнитное поле с индукцией менее 70 Гс при частотах 2, 4 и 13.56 МГц. Экспериментально изучены зависимости области существования разряда, эффективности вложения ВЧ-мощности и структуры ВЧ магнитного поля от индукции внешнего магнитного поля. Экспериментальные результаты сравниваются с расчетами на основании разработанной ранее электромагнитной модели разряда. Показано, что локальный максимум плотности плазмы, наблюдаемый при слабых магнитных полях, связан с резонансным возбуждением волн в источнике плазмы. При частоте 2 МГц возбуждаемая волна близка к поперечному геликону, а при частоте 13.56 МГц по своим свойствам приближается к волне Трайвелписа–Голда.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. М. Никонов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: ekralkina@mail.ru
Россия, Москва

К. В. Вавилин

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: ekralkina@mail.ru
Россия, Москва

И. И. Задириев

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: ekralkina@mail.ru
Россия, Москва

С. А. Двинин

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: ekralkina@mail.ru
Россия, Москва

Е. А. Кралькина

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: ekralkina@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Ginzburg V.L., Rukhadze A.A. Waves in Magnetoplasma, Springer Verlag, Heidelberg, 1972.
  2. Perry A. J., Vender D., Boswell R. W. // J. Vacuum Sci. Technol. 1991. V. B9. P. 310. doi: 10.1116/1.585611.
  3. Charles C. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V. 42. P. 163001. doi: 10.1088/0022-3727/42/16/163001
  4. Chen F.F., Chevalier G. // J. Vacuum Sci. Technol. 1991. V. 9. P. 310.
  5. Isayama S., Hada T., Shinohara Sh. // Plasma Fusion Res. 2018. V. 13. P. 1101014. doi: 10.1585/pfr.13.1101014
  6. Boswell R., Charles C., Alexander P., Dedrick J., Takahashi K. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2011. V. 39. P. 2512. doi: 10.1109/TPS.2011.2143434
  7. Takahashi K. // Rev. Modern Plasma Phys. 2019. V. 3. P. 3. doi: 10.1007/s41614-019-0024-2.
  8. Masillo S., Romano F., Soglia R., Herdrich G., Roberts P., Boxberger A., Chan Y.A., Traub C., Fasoulas S., Smith K. et al. // 7th Russian-German Confer. on Electric Propulsion, 2018.
  9. Boswell R.W. // Phys. Lett. 1977 V. A33. P. 457. doi: 10.1016/0375-9601(70)90606-7.
  10. Boswell R.W., Chen F.F. // IEEE Trans. Plasma Sci. 1997. V. 25. P. 1229. doi: 10.1109/27.650898
  11. Boswell R.W., Chen F.F. // IEEE Trans. Plasma Sci. 1997 V. 25. P. 1246. doi: 10.1109/27.650899
  12. Chen F.F. // High Density Plasma Sources / Ed. O. A. Popov. Noyes publications, 1996. P. 1.
  13. Chen F.F. // Plasma Sources Sci. Technol. 2015. V. 24. P. 014001. doi: 10.1088/0963-0252/24/1/014001
  14. Shinohara Sh. // Adv. Phys.: X. 2013. V. 3. P. 1420424. doi: 10.1080/23746149.2017.1420424
  15. Isayama S., Hada T., Shinohara Sh. // Plasma Fusion Res. 2018. V. 13. P. 1101014. doi: 10.1585/pfr.13.1101014
  16. Chen F.F. // Plasma Phys. Contr. Fusion. 1991. V. 33. P. 339.
  17. Александров А.Ф., Рухадзе А.А., Кралькина Е.А., Обугов B.A., Рухадзе А.А. // ЖТФ. 1994. Т. 64. С. 53.
  18. Shamrai K.P., Taranov V.B. // Plasma Sources Sci. Technol. 1996. V. 5 P.475. doi: 10.1088/0963-0252/5/3/015
  19. Карташов И.Н., Кузелев М.В. // ЖЭТФ. 2020. Т. 158. С. 738. doi: 10.31857/S0044451020100168
  20. Chen F.F. // Phys. Plasmas. 2003. V. 10. P. 2586. doi: 10.1063/1.1575755
  21. Degeling A.W., Jung C.O., Boswell R.W., Ellingboe A.R. // Phys. Plasmas. 1996. V. 3. P. 2788. doi: 10.1063/1.871712
  22. Sato G., Oohara W., Hatakeyama R. // Plasma Sources Sci. Technol. 2007. V. 16. P. 734. doi: 10.1088/0963-0252/16/4/007
  23. Barada K.K., Chattopadhyay P. K., Ghosh J., Kumar S., Saxena Y.C. // Phys. Plasmas. 2013. V. 20. P. 042119. doi: 10.1063/1.4802823
  24. Barada K.R., Chattopadhyay P. K., Ghosh J., Kumar S., Saxena Y.C // Phys. Plasmas. 2013. V. 20. P. 012123. doi: 10.1063/1.4789456
  25. Chattopadhyay P.K., Barada K.K., Ghosh J., Sharma D., Saxena Y.C. // AIP Conf. Proc. 2014. V. 1582. P. 251. doi: 10.1063/1.4865362
  26. Cho S. // Phys. Plasmas. 2006. V. 13. P. 033504. doi: 10.1063/1.2179773
  27. Александров А.Ф., Бугров Г.Э., Вавилин К.В. Керимова И.К., Кондранин С.Г., Кралькина Е.А., Павлов В.Б., Плаксин В.Ю., Рухадзе А.А. // Физика плазмы. 2004. Т. 30. С. 434.
  28. Вавилин К.В., Рухадзе А.А., Ри М.Х., Плаксин В.Ю. // ЖТФ. 2004. Т. 74. С. 29.
  29. Кралькина Е. // УФН. 2008. Т. 178. С. 519. doi: 10.3367/UFNr.0178.200805f.0519
  30. Kralkina E.A., Rukhadze A.A., Nekliudova P.A., Pavlov V.B., Petrov A.K., Vavilin K.V. // AIP Advances 2018. V. 8. P. 035217. doi: 10.1063/1.5023631
  31. Kralkina E.A., Nikonov A.M., Vavilin K.V., Zadiriev I.I. // Plasma Sci. Technol. 2020. V. 22. P. 115404. doi: 10.1088/2058-6272/abb0dc
  32. Petrov A.K., Kralkina E.A., Nikonov A.M., Vavilin K.V., Zadiriev I.I. // Vacuum. 2020. V. 181. P. 109634. doi: 10.1016/j.vacuum.2020.109634
  33. Loeb H. // AIAA 7th Electric Propulsion Confer. 1969. P. 285.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема источника плазмы: 1 — кварцевый цилиндр, 2 — вакуумная камера, 3 — металлический фланец, 4 — нижний электрод с отверстием, 5 — спиральная антенна, 6 — электромагнит; 7 — система согласования; 8 — ВЧ-генератор, 9 — зонд, 10 — газоввод

Скачать (71KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Типичное распределение магнитного поля вдоль оси ИП. Ток через электромагнит равен 6 А. Координата z отсчитывается от верхнего фланца

Скачать (131KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость эффективности вложения ВЧ-мощности от индукции внешнего магнитного поля при мощностях ВЧ-генератора: 1 — 300 Вт, 2 — 500 Вт, 3 — 800 Вт; f = 2 МГц, р = 0.6 мТорр (а); f = 2 МГц, р = 6 мТорр (б); f = 4 МГц, р = 0.3 мТорр (в); f = 4 МГц, р = 3 мТорр (г); f = 13.56 МГц, р = 0.3 мТорр (д); f = 13.56 МГц, р = 3 мТорр (е)

Скачать (352KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость эффективности вложения ВЧ-мощности от индукции внешнего магнитного поля при различных давлениях аргона: 1 — 0.3 мТорр, 2 — 0.6 мТорр, 3 — 0.8 мТорр, 4 — 3 мТорр, 5 — 6 мТорр; f = 4 МГц, Pgen = 500 Вт

Скачать (92KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Аксиальная зависимость амплитуды (а–в) и фазы (г–е) продольного ВЧ магнитного поля для рабочих частот 2 МГц (а, г), 4 МГц (б, д) и 13.56 МГц (в, е); Pgen = 500 Вт, р = 0.8 мТорр. Серым цветом отмечена область расположения антенны: 1 — 0 Гс, 2 — 24 Гс, 3 — 36 Гс, 4 — 48 Гс, 5 — 60 Гс

Скачать (379KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Аксиальная зависимость амплитуды продольного ВЧ магнитного поля для рабочих частот 2 МГц (а) и 4 МГц (б), измеренные: 1 — на оси источника плазмы, на расстоянии 2 — 5 см и 3 — 8.7 см от оси. Pgen = 500 Вт, р = 0.8 мТорр, B = 24 Гс. Серым цветом отмечена область расположения антенны

Скачать (109KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость ионного тока насыщения i+ от расстояния от верхнего фланца z на различных расстояниях от оси ИП r: 0 Гс (а), 36 Гс (б), 60 Гс (в)

Скачать (208KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость эквивалентного сопротивления плазмы от индукции магнитного поля, рассчитанная для значений l = 1, 2, 3, 4; f = 13.56 МГц, р = 1 мТорр, ne = 1∙1011 см–3

Скачать (70KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость эквивалентного сопротивления плазмы от индукции внешнего магнитного поля для l = 2: 1 — f = 2 МГц, р = 1 мТорр; 2 — f = 4 МГц, р = 1 мТорр; 3 – f = 13.56 МГц, р = 1 мТорр; 4 — f = 13.56 МГц, р = 6 мТорр; ne = 1∙1011 см–3

Скачать (100KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимость рассчитанного эквивалентного сопротивления плазмы от магнитного поля; f = 13.56 МГц, р = 1 мТорр; 1 — ne = 1∙1010 см–3, 2 — 3 ∙1010 см–3, 3 — 1 ∙1011 см–3, 4 — 3 ∙1011 см–3

Скачать (80KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Зависимости рассчитанных продольного, радиального и азимутального электрических полей от величины внешнего магнитного поля: 2 МГц (а), 13.56 МГц (б); 1 – Ez, 2 — Eφ, 3 — Er; ne = 1·1011 см–3

Скачать (100KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Зависимость рассчитанных амплитуд азимутальной и продольной компонент волн Трайвелписа–Голда (1) и геликона (2) от величины внешнего магнитного поля: 2 МГц (а, б); 13.56 МГц (в, г); ne = 1 ·1011 см–3

Скачать (186KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Зависимость рассчитанных эффективности вложения ВЧ-мощности в источник плазмы (а) и концентрации электронов (б) от величины внешнего магнитного поля: 1 — f = 2МГц, р = 1 мТорр; 2 — f = 4 МГц, р = 1 мТорр; 3 — f = 13.56 МГц, р = 1 мТорр; 4 — f = 13.56 МГц, р = 6 мТорр; Pgen = 800 Вт, Rant = 1 Ом

Скачать (94KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024