Вакуумные методы нанесения покрытий.
«+»позволяют избежать таких проблем как: высокий уровень высокий уровень опасности и высокий уровень шума.
«-» дороговизна.
Эл. Разряды в газах.
Плазма – 4-е состояние вещества, в кот. вещ-во находится в ионизированном состоянии. Плазма – иониированный газ, в кот. есть электроны (-), ионы (+), атомы или молекулы (нейтральные). При этом плазма квазинейтральна.
Эл.газовый разряд – процесс протекания эл.тока через газ. К этому термину можно отнести так же любые процессы ионизации газа под действием приложенного эл. или магнитного поля.
В нормальном состоянии газы не проводят ток, но в ограниченном пространстве газы можно сделать проводниками если создать в них подвижные носителя заряда, т.е. ионизировать.
Причины ионизации:
- неупругие столкновения атомов или молекул с ℮, ионами, атомами или молекулами, нах-ся в нормальном или возбужденном состоянии.
- поглощение фотона.
Источники заряженных частиц – электроды.
Испускание заряженных частиц пов-тью тв. или ж. тела – эмиссия.
Различают:
- первичная;
- вторичная;
- термоэлектронная;
- фотоэлектронная;
- эл.статическая (автоэлектронная).
Под вторичной эл.эмиссией подразумевают выход ℮ с пов-ти в рез-те бомбардировки её возбужденными ионами и ускоренными атомами.
Этот вид эмиссии несущественен для разрядов постоянного тока, а проявляется при ВЧ разрядах низкого давления.
Эл.стат. эмиссия (ЭСЭ) возникает при наличии вблизи катода сильного эл. поля с напряженностью > 106 Вт/м
Эмиссия ℮ под действием лучистой энергии зависит от природы вещ-ва, поляризации излучения, длины волны.
Испускание ℮ под действием излучения для Ме, может происходить под действием УФ излучения, а для газов под действием излучения рентгеновской области спектра.
Т
ермоэл.эмиссия
(ТЭЭ) обусловлена
Т катода, для Ме обычно происходит при
Т>1300К
Т-разрядная трубка;
Е – внешний источник эн-и;
Rб – балластное сопротивление;
D – разрядный промежуток;
К – катод;
А – анод.
Для обеспечения эл.разряда необходимо присутствие:
- внешней эл. цепи;
- включенного в эту цепь внешнего источника эн-и (внешнего ионизатора);
- разрядного промежутка;
Эл. разряды в газах бывают:
- самостоятельные – продолжается после прекращения действия внешнего ионизатора;
- несамостоятельные – поддерживаются только при работе внешнего ионизатора.
В ах для несамостоятельных разрядов.
При н.у. в газе содержится помимо атомов и молекул некоторое кол-во ионов или ℮, обусловленное действием УФ, радиационного и космического излучений.
В отсутствии эл.поля в разрядном промежутке существует равновесие носителей заряда.
Скорости генерации и рекомбинации заряженных частиц равны. Частицы осуществляют некоторое движение с небольшой скоростью (т.О).
С ↑ U с помощью внешнего ионизатора ↑ разрядный ток. При этом идут процессы рекомбинации зарядов, дрейф (массоперенос и диффузия), ↑ напряженность эл. поля в разрядном промежутке, из-за чего направление дрейфа становится строго определенным, хаотичность движения ↓, заряженные частицы выстраиваются в строгоопределенные потоки. ℮ имитируются катодом и движутся в аноду, навстречу им движутся положительно заряженные частицы и ионы (участок О-А)
Начиная с т.А кол-во зарядов, кот. формируются за ед. времени достигает предельных возможностей анода и катода, разрядный ток становится МАХ, т.к. заряды, кот. имитируются, моментально попадают на электрод другого знака.
Участок А-В – разряд насыщения. Далее с незначительным ↑ U происходит резкий скачок разрядного тока
После т.В при ↑ U происходит вторичная эмиссия ℮ под влиянием соударений первичных ℮ с атомами газа, до этого не участвовавшими в эл. разряде.
После т.В лавинообразно ↑ кол-во ℮, переносимых в сторону анода. Каждый независимый ℮ формирует еще один.
В-D – несамостоятельный тихий (темный) разряд – нет свечения.
В т.D происходит пробой - несамостоятельный разряд переходит в самостоятельный.
Может наблюдаться или коронный разряд (при большом Rб) или нормальный тлеющий.
В разрядном промежутке наблюдается вспышка, яркое свечение, появляются полосы различной яркости и ширины.
E-F – нормальный тлеющий;
F-G – аномальный тлеющий;
D-E – переходный участок.
Незначительное ↑ I приводит к ↓ U, что связано:
1). Со вторичной эмиссией;
2). С УФ излучением, кот. дополнительно создает условия для вывода атомов газа и перевода их в метастабильное состояние, кот. облегчает их дальнейшую ионизацию.
УФ излучение попадая на катод приводит к фотоэл. эмиссии, т.о. действуют первичная, вторичная и фотоэл. эмиссии.
U, соответствующее т.D наз. U зажигания самостоятельного разряда (пробоя).
Важной хар-кой эл. разряда явл. α - коэф. объемной ионизации. α хар-ет число атомов газа, ионизация кот. вызывается ℮ на пути 1м разрядного промежутка вдоль поля замкнутой системы. α хар-ет процессы происходящие в рез-те ℮-лавин и зависит от природы газа, давления, напряженности эл. поля (Е).
Ф-ла Таунсена: α = А·р·ехр(-В·р·Е)
α = ехр[р·d·F(U3/p·d)]
З-н Пашена:
p – давление в разрядном промежутке;
d – расстояние между электродами;
Е – напряженность эл. поля;
F – ф-я, описывающая вероятности ионизации;
А,В – экспериментальные постоянные, зависящие от природы газа;
U3 – напряжение зажигания самостоятельного заряда.
Кривые Пашена.
З
акон
Пашена устанавливает, что наименьшее
Uз
эл.разряда между двумя плоскими
электродами есть величина постоянная,
характерная для данного газа при
одинаковых значениях произведения p*d.
Особенности з-на Пашена:
1-если среда состоит из смеси газов, то примесь, имеющая Uз ниже Uз основного газа, легче переходит в ионизированное состояние, таким образом, Uз для газовой смеси ниже, чем рассчитанное по правилу аддитивности.
2-если в качестве катода исп-ся материал с низкой электронной эмиссией, например, W+2%To, пробой происходит при более низком напряжении.
3-наличие в газе паров воды в небольшом кол-ве 0,03% приводит к уменьшению Uз, это связано с тем, что при возникновении электронных лавин происходит диссоциация молекул воды и образовавшиеся атомы водорода облегчают пробой. При более высоком содержании паров воды Uз увеличивается, т.к.энергия расходуется не на ионизацию газа, а на диссоциацию молекул воды.