Плазма в комбинированных полях.

а) векторы Е_п и Н параллельны

Р ис. 7 Траектория движения заряженной частицы в комбинированных однородных полях.

б) векторы Е_п и Н взаимно перпендикулярны

Рис. 8 Траектория движения заряженной частицы в неоднородном магнитном поле.

V=V_прямол + V_вращ; ;

Вывод: С помощью комбинированных полей можно управлять направлением и скоростью движения частиц. В микроэлектронике с помощью “скрещенных полей” из объема плазмы сепарируют (выделяют) необходимые частицы и, перемещая их в нужном направлении (на подложку), сообщают им энергию, необходимую для проведения какого-либо процесса (испарения, травления)

Взаимодействие плазмы и полей.

1. В однородном электрическом поле частицы плазмы двигаются равномерно ускоренно (равномерно замедленно) в соответствии со знаком своего заряда, если вектор начальной скорости совпадает с вектором напряженности поля. Если векторы находятся под углом – траектория движения – парабола. Кинетическая энергия частицы увеличивается.

2. В переменном электрическом поле возникает поток частиц, энергия которых увеличивается и зависит от частоты изменения напряженности поля.

3. В однородном магнитном поле траектория движения частиц перпендикулярно силовым линиям – окружность, с радиусом зависящим от массы частицы. Движение по траектории с постоянным ускорением. При определенном значении напряженности поля частицы не испытывают столкновений. Магнитное поле позволяет выделять частицы (из общего объема плазмы) согласно соотношению их масс и напряженности поля. Сила давления на частицы позволяет формировать конфигурацию объема плазмы.

4. В комбинированных полях (электрическом с магнитным) можно управлять траекторией движения и скоростью частиц в зависимости от соотношения массы частиц и напряженностей полей.

5. Взаимодействие плазмы и полей по п.п. 1, 2, 3, 4 позволяет изменять скорость и направление движения частиц плазмы, её кинетическую энергию. Это используется в науке (ускорители частиц) и технике (плазменные технологии).

6. Взаимное действие электрического и магнитного поля позволяет формировать потоки частиц плазмы и использовать их для обработки поверхности твердых тел.

Явление переноса частиц в плазме. Перенос под действием электрического поля.

При наложении на плазму внешнего постоянного электрического поля, в ней устанавливается поток частиц.

т.к ; , то

- условие равновесия сил, действующих на электрон.

, где частота столкновений;

- время между столкновениями (время свободного пробега)

Через сечение S=1 см² за одну секунду пройдет N_e электронов с зарядом N_e_e . Плотность тока:

Здесь - удельная проводимость плазмы (18)

1. Полностью ионизованная плазма.

В этом случае τ=τ_ea=0 т.к. N_a=0 и подставим значения τ в выражение (18) , тогда , где , где – заряд иона.

а) электропроводность полностью ионизованной плазмы не зависит от кон-центрации электронов, так как с ростом увеличивается число частиц в токе, но и одновременно возрастает число столкновений, то есть уменьшается .

б) при одном и том же значении электропроводность плазмы тем меньше, чем больше .

в) электропроводность пропорциональна , следовательно, при высокой тем-пературе может достигать очень большой величины. К примеру, при водородная плазма имеет , при 293К

При некоторых условиях прохождение электрического тока через полностью ионизированную плазму вызывает явление «электронного просвиста», т.е. электроны разгоняются до очень больших скоростей. Это условие имеет вид:

, где - время свободного пробега (ускорение) …………………………………………электрона;

K – численный коэффициент;

N_i – концентрация ионов;

V_e – скорость электрона;

Тогда условие «просвиста» примет вид

При определенном значении соотношения можно сообщить электронам очень большую скорость, а следовательно .

Это явление используется в ускорителях электронов для сообщения им значительной энергии, необходимой для расщепления ядер.