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本实验采用自制Langmuir探针和发射光谱对柱面射频感应耦合氩气等离子体进行了诊断。实验中,研究了在线圈之间什么也不加时等离子体参数在一定功率下随气压在轴向、径向的变化规律,同时采用发射光谱测量了Ar原子和离子的发光强度随气压在轴向的变化规律。还研究了会切场对等离子体参数的影响,测量了有无会切场时等离子体参数在径向和轴向随气压和功率的变化规律,并且将测量的结果做了比较。
线圈之间什么都不加时,由Langmuir探针的测量结果可知在放电室中上部形成均匀稳定的高密度等离子体,但是在靶附近有所降低,并且在中部以下等离子体逐渐减弱;在径向6~7 cm以内等离子体参数变化不大,参数在器壁处变化明显。并且采用发射光谱测量了等离子体中750.3 nm的氩原子的发光强度随气压在轴向的变化规律,还得到了434.8 nm的氩离子发光强度随气压在轴向的变化规律和434.8 nm的氩离子与430.0 nm的氩原子发光强度的比值在三个不同位置随气压的变化规律。
实验中还研究了会切磁场存在时对等离子体参数的影响。在实验中发现,当线圈之间加磁铁时存在功率吸收问题,为保证与加磁场时相同的条件,所以在线圈之间加不锈钢圈来代表无磁场时的情况,以实现相同的功率吸收。经Langmuir探针测量在线圈之间加会切场后等离子体密度在轴向逐渐增加,在顶部趋于饱和,并且密度值比无磁场时明显增加;在径向,等离体密度逐渐增加,在器壁附近达到最大值,且此处的磁场最强,在器壁处迅速降低,取得最小值。随着功率的增加,器壁处电子温度降低,密度增加,径向分布有更加均匀的趋势。当无磁场时,等离子体在径向逐渐降低,在器壁附近开始迅速降低,在器壁处取得最小值,磁场的存在使得等离子体径向分布更加均匀。实验中还研究了有无会切场存在时电子温度和等离子体电势随气压和功率的在轴向和径向的变化规律。等离子体参数的空间分布不均匀,与到靶的距离有关。