Дуговые разряды в вакууме

Основной процесс, обеспечивающий существование дугового разряда в вакууме, — это процесс генерации рабочей среды необходимой концентрации в приэлектродных областях, где, как правило, падает большая часть напряжения, приложенного к разряду. При этом концентрация рабочего вещества в столбе разряда может быть достаточно низкой (менее 0,1 Па), а напряженность электрического поля, как правило, оказывается небольшой (≤ 0,1 В/см).

Коренное отличие дугового разряда от других типов стационарного электрического разряда заключается в характере элементарных процессов, происходящих на катоде и в прикатодной области. В дуговом разряде электроны вылетают из катода в результате процессов термоэлектронной эмиссии, а также автоэлектронной эмиссии, обеспечиваемой сильным электрическим полем, создаваемым объёмным зарядом положительных ионов.

Поскольку основную роль в поддержании дугового разряда играют процессы, происходящие в прикатодной области, классификацию дуговых разрядов ведут по типу катодов, разделяя их на разряды с горячим (нерасходуемым) катодом и на разряды с холодным (расходуемым) катодом, а также по способу генерации рабочей среды.

В разрядах с горячим катодом дуговой разряд может гореть:

1)     в парах материала анода (разряд с расходуемым анодом);

2)     в парах принудительно подаваемого вещества.

В разрядах с холодным катодом дуговой разряд может гореть:

1)     в парах материала катода (разряд с расходуемым катодом);

2)     в парах материала катода и анода (разряд с расходуемыми электродами).

При использовании дугового разряда для нанесения пленок рабочая среда должна представлять собой пары материала, формирующего пленку, поэтому расходуемый электрод должен быть выполнен из наносимого материала.

Использование дуговых разрядов, развивающихся непосредственно в парах исходного вещества, увеличивает производительность оборудования и повышает чистоту процессов.

Дуговой разряд с горячим катодом реализуется при использовании термоэмиссионного катода, изготавливаемого из тугоплавкого материала (например, вольфрама или тантала), который нагревается в разряде до высоких температур (1000-4000 К), при этом плотности тока в так называемом термоэмиссионном пятне у катода изменяются в пределах  10-1000 А/см2. Катод обычно имеет форму стержня или трубки (полый катод). Износ термокатода в дуговом разряде в вакууме происходит в основном в результате его испарения при высокой температуре. Термоэмиссия поддерживается энергией, передаваемой термокатоду ионами из прикатодной плазмы дугового разряда. Катод работает в авторежиме, определяемом следующим условием:

je φэфji  (Uк+Uiφэф),                                       (1.4)

где je и ji — плотность электронного и ионного токов, соответственно; φэф

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector