等离子清洗机中等离子参数诊断的常用方式

等离子清洗机的等离子参数的测量和诊断，对等离子清洗机具有重要意义。朗缪尔探针是至今仍在使用的一种等离子体诊断工具，今天就与大家探讨与介绍这一常用诊断方式。朗缪尔探针其实是一种静电探针，通过将一根金属探针插入等离子体中，并在它上面施加正或负的偏置电压以收集电子或离子电流。与任何其他电极一样，探针周围会形成一个鞘层，且面积通常是非常小的，因此，在适当的条件下，它们仅对等离子体产生小的局域干扰。下图示出了一个探针的电压和电流的定义。

1 探针电压与电流特征曲线图

在实际诊断中，探针相对于地的偏置电压为VB,而等离子体相对于地的电位为φp。当探针电压Vb=φp时，探针处于与等离子体相同的电位，此时它收集到的电流主要来自容易动的电子。当增加Vb并使其超过φp时，电流将趋于饱和而达到电子饱和电流值，但电流也会因探针有效收集面积的增加而随电压增加，这与探针的几何形状有关。不过当探针电压变化时，它的有效收集面积也会有所改变，从而导致离子饱和电流的改变。当然由于离子的质量远大于电子，所以离子饱和电流远小于电子饱和电流。变化规律正如下图典型的探针电压-电流特征曲线所示。

2 探针分析的复杂性

为了最大程度地减少探针对等离子体的干扰，以及方便探针的制作，探针通常选择一根半径为a<λDe的细导线。因此在确定探针收集到的电流时，必须了解带电粒子在其鞘层内的运动轨迹，这使得探针分析变得十分复杂。当探针电压远高或远低于等离子体电位时，其鞘层宽度将增加，并且有效收集面积也因此增加。

还有一些关于探针的问题值得讨论。结构更复杂的探针，诸如双探针和发射探针，已经被证明在许多情况下都是非常有用的。在射频驱动的等离子体中，等离子体电位的振荡增加了探针分析的复杂性。由于我们一般希望以准静电方式使用探针，所以通常使探针偏压随等离子体电位一起振荡，以消除电位振荡对探针测量的影响。

3 探针测量结果的优化

在探针测量的理论中，一般会假定等离子体中的电子具有麦克斯韦分布。但是，在很多情况下，放电中的电子会以各种方式偏离麦克斯韦分布。如使用标准的电子和离子饱和电流分析方法得到的等离子体参数会存在很大的误差，但如通过测量电子能量分布函数，则可将它直接用于等离子体密度的计算中。

将由探针离子饱和电流计算得到的等离子体密度与使用其他测量技术得到的结果进行比较，能够发现在某些放电条件下，由微波测量得到的等离子体密度更准确，由探针离子饱和电流测得的密度一般比微波测得的结果高一些。然而在很多情况下，用探针和微波技术测得的密度是非常接近的。使用离子饱和电流测量等离子体密度的精度取决于在探针鞘层边界处的电子分布是否接近于麦克斯韦分布，因此与所诊断的等离子体类型有关。

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