ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЧ РОЗРЯДУ, ЗБУДЖУВАНОГО

ЛІНІЙНИМИ СТРУМАМИ В МАГНІТНОМУ ПОЛІ

 

В.Ф.Вірко, В.М.Слободян, Ю.В.Вірко, М.А.Бєлошенко,  К.П.Шамрай 

 

Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ

 

Подальше впровадження плазмових технологій вимагає однорідної обробки поверхонь все більшої площі. Одним із шляхів вирішення цієї проблеми є створення джерела плазми, однорідної вздовж однієї координати. Тоді, рівномірно переміщуючи поверхню в перпендикулярному напрямі, можна послідовно піддавати однорідній обробці об’єкти значної площі. Запропоновано та досліджено модифікацію геліконного розряду, що здатна створювати лінійно однорідну плазму. Розряд збуджується в магнітному полі за допомогою лінійної індукційної антени, яка складається з двох паралельних провідників з протифазними ВЧ струмами. Провідники розміщені в двох кварцових трубках діаметром 15 мм на відстані 3 см одна від одної, пропущених крізь вакуумний об’єм перпендикулярно до зовнішнього магнітного поля. Металева розядна камера мала форму куба з довжиною ребра 22 см. Зовнішнє магнітне поле створювалось двома прямокутними котушками і було однорідним в межах камери. Досліди проводились в аргоні при тиску 0,65 Па (5 мТор), в магнітному полі в діапазоні 0 – 5 мТ і ВЧ потужності до 1 кВт на частоті 13,56 МГц.

Показано можливість збудження стабільного розряду лінійною індукційною антеною в зазначених умовах. Встановлено, що при збільшенні магнітного поля початкове зростання концентрації змінюється її стрибкоподібним зменшенням і закінчується повним зривом розряду. Критичні магнітні поля, що відповідають цим стрибкам, зростають при збільшенні потужності генератора. Така поведінка є характерною для поздовжньо обмежених геліконних розрядів і спричиняється зміною мод стоячих геліконних хвиль. За допомогою рухомих магнітних зондів досліджено просторові розподіли амплітуди та фази високочастотних хвильових магнітних полів у трьох взаємно перпендикулярних напрямах. Виміряні профілі відповідають стоячим геліконним хвилям, що підтверджується протифазністю коливань у сусідніх максимумах. Залежність довжини хвилі від концентрації плазми та напруженості магнітного поля якісно узгоджується з дисперсією геліконних хвиль. Дослідження розподілу іонного струму на зонд вздовж антени на відстані 10 см показало, що існують режими, в яких плазма є однорідною (з точністю 1,5 – 2%) на значній частині довжини антени. В той же час виявлено, що при близьких параметрах при незначній зміні потужності, узгодження або магнітного поля, однорідність може втрачатися і профіль концентрації вздовж антени стає неоднорідним. Встановлено, що ці режими відрізняються структурою стоячих хвиль в об’ємі. Умови їх реалізації потребують подальших досліджень. Одержана в зазначених експериментальних умовах густина іонного струму на відстані 10 см від антени становила 20 мА/см², що відповідає концентрації плазми 8÷10¹¹ см^-3.

Таким чином в роботі запропоновано новий різновид індукційного розряду, який збуджується в магнітному полі лінійними провідниками з ВЧ струмом, продемонстровано його хвильову геліконну природу та показано наявність режимів з однорідною плазмою на значній частині довжини антени. Здійснено зручну компоновку розряду з індукційною антеною, зануреною в плазму. При подальшому удосконаленні та збільшенні розмірів запропонована система може бути використана у плазмово-технологічному обладнанні для обробки поверхонь великої площі шляхом їх переміщення перпендикулярно до антени.