Плазма – частично или полностью ионизованный газ, в котором плотность положительных и отрицательных зарядов одинакова

Общие свойства плазмы.

Условие квазинейтральности плазмы сохраняется, если линейные размеры плазмы много больше дебаевского радиуса экранирования r (расстояние, на которое распространяется в плазме действие отдельного электрического заряда).

При r*n >>1 (n -концентрация заряженных частиц) свойства плазмы близки к свойствам идеального электронного газа.

Плазму обычно получают с помощью электрического поля в газовых разрядах, но возможно также образование плазмы за счет нагрева, воздействия ионизирующих излучений, ударной волны и др. Накопление и удержание плазмы происходит при помощи магнитного поля.

Основное свойство плазмы - сильное влияние на нее электромагнитных полей, как внешних, так и внутренних, вызванное взаимодействием заряженных частиц. Это взаимодействие осуществляется как за счет соударений (упругое взаимодействие), так и через самосогласованное электромагнитное поле (неупругое взаимодействие).

По своим характеристикам плазма делится на низкотемпературную («холодная» плазма, Т=10³–10⁵ К), которая используется в газоразрядных приборах, МГД-генераторах, плазменных технологических установках, и высокотемпературную (Т=10⁵–10⁸ К), создаваемую для протекания термоядерных реакций.

Плазма бывает равновесной (электроны и ионы находятся в состоянии термодинамического равновесия при некоторой общей температуре, их поведение подчиняется статистике Максвелла). Обычно такая плазма создается за счет нагрева газа до температуры, когда средняя тепловая энергия близка к энергии ионизации газа.

Чаще приходится иметь дело с неравновесной плазмой, когда температура электронов и ионов различна.

Различают слабо ионизованную плазму, в которой основную роль играют взаимодействия ионов с нейтральными атомами, и сильно ионизованную, в которой преобладают взаимодействия заряженных частиц.

Следует отметить, что по своим свойствам высокая концентрация свободных носителей заряда в твердых телах (металлы, полупроводники) также обладает свойствами плазмы (например, электронно-дырочная плазма).

Изучение принципов работы и конструирования приборов, в работе которых используются плазменные процессы, составляют предмет плазменной электроники (плазмотроны, индикаторные устройства, магнитогидродинамические генераторы).

Совокупность процессов обработки и изготовления изделий и материалов с помощью компонентов газоразрядной плазмы составляют предмет плазменной технологии.

Физические процессы плазменной электроники могут проходить при нормальном, повышенном давлении, а также в условиях вакуума. При этом, как правило, образование плазмы происходит при пониженном давлении.

В целом можно выделить два основных направления в использовании плазменных технологических процессов.

1. Непосредственное воздействие плазмы на материалы и приборные структуры. К этой группе технологических процессов можно отнести:

– нанесение тонких пленок,

– травление поверхности материала и тонких пленок, нанесенных на его поверхность,

­­ – изменение физико-химических свойств поверхностных слоев твердых тел за счет ионного легирования и модификации,

– термическая обработка материалов.

2. Использование плазмы как источника для создания направленных пучков заряженных частиц.

В дальнейшем основное внимание мы будем уделять именно процессам создания и ускорения пучков заряженных частиц – электронов и ионов.

Дата добавления: 2014-01-04