微波单极子天线探针对等离子体密度的测量及修正

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1、万方数据第41卷第1期2O11年1月中围砷孽教书大誊辱赢JoU刚ALoFUNIVE『携ITYoFSCI卧CEANDTECHNoLoGYoFCHINAVoL41，No．1Jan．201文章编号：0253—2778(2011)01一0082一06微波单极子天线探针对等离子体密度的测量及修正王慧慧，李弘，尤玮，王雨后，李斌，陈志鹏，谢锦林，刘万东(中国科学院基础等离子体物理重点实验室，中国科学技术大学近代物理系，安徽合肥230026)摘要：对一种新的诊断等离子体密度的方法——微波单极子天线探针的反射特性进行了详细

2、的实验和数值研究，并与静电双探针测量结果进行比较，实验验证了两种测量结果能够较好地吻合．结合实验和数值研究，分析了电子碰撞项、鞘层以及等离子体密度不均匀性对测量结果的影响，并分别提出了鞘层修正和碰撞修正的方法，修正结果表明，在所给的实验条件中，即探针表面鞘层厚度小于1mm、气体压强小于200Pa时，鞘层修正及碰撞修正均可被忽略，而随着气压的升高，碰撞加剧，或者在较厚的鞘层条件下，修正的效果将会逐步突显．另外，测量的空间分辨率受探针几何尺寸制约．关键词：单极子天线探针；等离子体；密度诊断中图分类号：TL65文

3、献标识码：Adoi：10．3969／j．issm0253—2778．2011．01．014】ⅥeasurementsandamendmentsofplasmadensitywithmicrowavemonopoleantennaprobeWANGHuihui，LIHong，YOUWei，WANGYuhou，LIBin，CHENZhipeng，XIEJinlin，LIUWandong(cAS№yL口60rdto删D厂＆s站P缸堋口P^弘如，眈加一批班D，Mo如棚P^笋如，mi聊诎yD，&i删化口材n施行D魄亨

4、D，CJIi船，H咖i230026，cJli加)AbstI翟ct：Basedonthereflectioncharacteristics，anlonopoleantennausedasaplasmadensitydiagnostictoolwasinvestigatedexperimentallyandnumerically．ComparedwiththemeasurementresultobtainedbyLangmuirdouble-probe，themonopoleantennaprobewasava

5、luablemeasuringmethodTheelectroncollisionaleffectandsheaththicknesseffectwerediscussedandt、^，0methodswereproposedforrevisingtheeffectsofcollisionandsheathrespectively．Basedonthetwomethods，bothcollisionaleffectandsheatheffectcanbeneglectedintheexperimentcon

6、ditions，namely，thelowgaspressure(·<200Pa)andthinsheaththickness(t<1mm)．However，whencollisionincreaseswithincreasingpressureorwhenthesheathisthicker，theeffectsoftherevisionwillbeincreasinglynoticeable．Besides，ofthemonopoleantenIlaprobewaslimitedbyantennalen

7、gth．Keywords：monopoleantennapmbe；plasma；densitymeasurement收稿日期：2010-06，05；修回日期：20lo-10_22基金项目：国家自然科学基金(10705028，10835009)．国家重点基础研究发展(973)计划(2008CB717800)资助．作者简介：王慧慧，女，1983年生，博士生．研究方向：微波探针研究·碰撞等离子体中电磁波的传播．E-mail：waIlghuihui@shao．a己∞通讯作者：李弘，博士／副教授．E-mail：hon

8、glee@ust己edILcIl万方数据第1期微波单极子天线探针对等离子体密度的测量及修正83O引言近年来碰撞等离子体[1]被广泛应用于材料加工及表面处理等工业过程中．在等离子体刻蚀、沉积等应用过程中，准确可靠地监测等离子体信息，尤其实时测量是等离子体密度及其分布，具有重要意义．常用的低温等离子体密度诊断方法包括静电探针及微波干涉法，其中朗缪尔静电探针因结构简单、制作方便且具有较好的空间分辨，故此使用范围广泛．但