专利名称：一种获取等离子体伏安特性曲线方法
技术领域：
本发明涉及等离子体领域，特别涉及一种获取等离子体伏安特性曲线方法。
背景技术：
如图I所示，图I为传统的朗缪尔探针工作示意图。等离子体中电子的平均热运动速度远大于离子速度，因此，探针刚进入等离子体时单位时间内打在探针表面上的电子数远大于离子数，当探针处于一定的负电位Vf时会排斥电子吸引离子，使探针电流为零，电位％称为悬浮电位。在实际测试时，探针与等离子体空间电位Vs的差值Vp难以直接获取，通常是测量探针相对放电系统中的一个参考电极间的电位差V。设等离子体空间电位与参考电极的电位差为Vk，若参考电极接地则Vk为等离子体的空间电位。则有
V = VE+VP(1)如图2所示，图2为等离子体的伏安特性曲线图。取Vp为横坐标，探针电流I为纵坐标，可得探针的伏安特性曲线。假设等离子体的特征参量是不变的，等离子体空间电位与参考电极的电位差为Vk是一个不变量，那么实际测试所得的伏安特性曲线相当于在图2的基础上水平移动后的结果。采用简单的条件可以对静电探针的工作原理做出清晰的解释。简单条件是指忽略探针对等离子体的干扰、探针表面的次级发射、等离子体与探针材料的反应以及无磁场作用等。静电探针收集的电流I为打到探针表面的电子电流与离子电流Ii之和，定义电流从探针流向等离子体的方向为正，则有I= Ie-Ii⑵如果等离子体未被扰动且电位为零，则探针电位为VP，令鞘层外的电子、离子密度分别为I^ni,根据麦克斯韦分布可以得到等离子体电子与离子速度分布率为/(K) = 4M-^-)2/3K2 exp(^￡)(3)
2mleHe/(V1) =exp(^￡)(4)
ImliIkliVp > 0时，探针周围空间将形成电子鞘层，进入探针表面鞘层的电子在电场作用下全部到达探针表面。离子由于速度远小于电子，且此时还受电场的排斥，因而相对于电子电流来说离子电流可以被忽视，所以探针收集的电流为I = Ie0 = ^neeS〔 vj(ve)dve f cos O^mddO(5 )Ietl称为电子饱和流，0为电子的运动方向与探针表面法向的夹角，S为探针的表面积，将式代入后可以得到Ie0 = \neeS^^- ^ 2 5 XlO-l4HeS^kTl(6)
其中，kTe的单位取为电子伏。Vp < Vf时，电子电流不断减小，探针电流将趋于离子饱和电流。离子饱和电流不能像电子饱和电流的推导过程那样得出，这是因为探针电位低于悬浮电位后正离子会在探针周围形成正离子鞘层，正离子鞘层的形成需离子进入鞘层的入射速度Us满足玻姆判据，即
权利要求
1.一种获取等离子体伏安特性曲线方法，该方法在射频放电模式条件下用朗缪尔探针对等离子体參数进行探測，所述的朗缪尔探针在扫描电压的控制下对ー探测点进行探測来获取參数采样值，从而得到等离子体的伏安特性曲线；其中，一次探针工作时间包括多个放电周期，同一放电周期内对所述的朗缪尔探针施加ー个稳定的扫描电压，每个放电周期对应ー个不同的扫描电压。
2.根据权利要求I所述的获取等离子体伏安特性曲线方法，其特征在于，所述的获取參数采样值的方法采用以射频放电电压作为触发信号触发示波器来采集一次探针工作时间内的參数采样值。
3.根据权利要求I所述的获取等离子体伏安特性曲线方法，其特征在于，所述的參数采样值包括放电电压、放电电流、探针电压和探针电流。
4.根据权利要求I所述的获取等离子体伏安特性曲线方法，其特征在于，所述的等离子体參数包括等离子体温度、等离子体密度和悬浮电位。
全文摘要
本发明涉及一种获取等离子体伏安特性曲线方法，该方法在射频放电模式条件下用朗缪尔探针对等离子体参数进行探测，所述的朗缪尔探针在扫描电压的控制下对一探测点进行探测来获取参数采样值，从而得到等离子体的伏安特性曲线；其中，一次探针工作时间包括多个放电周期，同一放电周期内对所述的朗缪尔探针施加一个稳定的扫描电压，每个放电周期对应一个不同的扫描电压。
文档编号G01R31/00GK102650663SQ201110048048
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者丁亮, 吴逢时, 姜昱光, 孙海龙, 孙简, 徐跃民, 朱翔, 杨新杰, 鉴福升, 霍文清, 黄伟 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心