Индуктивно-связанная плазма

Индуктивно -связанная плазма ( ИСП ) или трансформаторно-связанная плазма ( ТСР ) ^[1] это тип источника плазмы , в котором энергия подается электрическими токами , которые создаются электромагнитной индукцией , то есть изменяющимися во времени магнитными полями . ^[2]

Операция

Различают три типа геометрии ИСП: плоскую (рис. 3, а) и цилиндрическую. ^[4] (рис. 3 (б)), и полутороидальные (рис. 3 (в)). ^[5]

В планарной геометрии электрод представляет собой отрезок плоского металла, намотанный в виде спирали (или катушки). В цилиндрической геометрии он похож на винтовую пружину. В полутороидальной геометрии это тороидальный соленоид , разрезанный по основному диаметру на две равные половины.

Когда через катушку проходит изменяющийся во времени электрический ток, он создает вокруг нее изменяющееся во времени магнитное поле с потоком

$\Phi =\pi r^{2}H=\pi r^{2}H_{0}\cos \omega t$ ,

где r — расстояние до центра катушки (и кварцевой трубки).

Согласно закону индукции Фарадея-Ленца , это создает азимутальную электродвижущую силу в разреженном газе:

$U=-{\frac {d\Phi }{dt}}$ ,

что соответствует напряженности электрического поля

$E={\frac {U}{2\pi r}}={\frac {\omega rH_{0}}{2}}\sin \omega t$ , ^[6]

приводящие к образованию траекторий электронов ^[5] обеспечение генерации плазмы. Зависимость от r позволяет предположить, что движение ионов газа наиболее интенсивно во внешней области пламени, где температура наибольшая. В настоящей горелке пламя охлаждается охлаждающим газом снаружи, поэтому самая горячая внешняя часть находится в тепловом равновесии. Температура там достигает 5 000 – 6 000 К. ^[7] Более строгое описание см. в уравнении Гамильтона – Якоби в электромагнитных полях.

Частота переменного тока, используемого в цепи RLC , содержащей катушку, обычно составляет 27–41 МГц. Для индуцирования плазмы на электродах на выходе газа образуется искра. Аргон является одним из примеров широко используемого разреженного газа. Высокая температура плазмы позволяет распылять молекулы и таким образом определять многие элементы, а кроме того, около 60 элементов степень ионизации в горелке превышает 90%. Факел ICP потребляет c. Мощность 1250–1550 Вт, и это зависит от элементного состава образца (из-за разной энергии ионизации ). ^[7]

ИСП имеют два режима работы: емкостный (E) режим с низкой плотностью плазмы и индуктивный режим (H) с высокой плотностью плазмы. Переход из режима нагрева E в H происходит с помощью внешних входов. ^[8]

Приложения

плазмы Температура электронов может находиться в диапазоне от ~ 6000 до ~ 10 000 К. ^{[ нужна ссылка ]} и обычно на несколько порядков превышают температуру нейтральных частиц. ^{[ нужна ссылка ]}. Температура плазменного разряда аргона ICP обычно составляет от ~ 5500 до 6500 К. ^{[ нужна ссылка ]} и поэтому сравнимы с теми, которые достигаются на поверхности ( фотосфере ) Солнца (от ~4500 К до ~6000 К). Разряды ИСП имеют относительно высокую плотность электронов, порядка 10 ¹⁵ см ⁻³^{[ нужна ссылка ]}. В результате ICP-разряды находят широкое применение везде, где требуется плазма высокой плотности (HDP).

ICP-AES — разновидность атомно-эмиссионной спектроскопии .
ICP-MS , разновидность масс-спектрометрии .
ICP-RIE , разновидность реактивно-ионного травления .

Еще одним преимуществом разрядов ICP является то, что они относительно свободны от загрязнений, поскольку электроды полностью находятся вне реакционной камеры. Напротив, в емкостно-связанной плазме (CCP) электроды часто размещаются внутри камеры реактора и, таким образом, подвергаются воздействию плазмы и последующих химически активных химических веществ.

См. также

Ссылки

^ Травление кремния фторуглеродом высокой плотности в индуктивно-связанной плазме: механизм травления через толстый устойчивый слой фторуглерода. Архивировано 7 февраля 2016 г. в Wayback Machine TEFM Standaert, М. Шаепкенс, Н. Рюгер, PGM Sebel и GS Oehrleinc.
^ А. Монтасер и Д.В. Голайтли, изд. (1992). Индуктивно-связанная плазма в аналитической атомной спектрометрии . VCH Publishers, Inc., Нью-Йорк.
^ Лаюнен, LHJ; Перямяки, П. (2004). Спектрохимический анализ методом атомной абсорбции и эмиссии (2-е изд.). Кембридж: Издательство RSC. п. 205. ИСБН 978-0-85404-624-9 .
^ Паскаль Шамбер и Николас Брейтуэйт (2011). Физика радиочастотной плазмы . Издательство Кембриджского университета, Кембридж. стр. 219–259. ISBN 978-0521-76300-4 .
^ Jump up to: ^а ^б Шунько Евгений Владимирович; Стивенсон, Дэвид Э.; Белкин, Вениамин С. (2014). «Плазменный реактор с индуктивной связью с энергией электронов плазмы, управляемой в диапазоне от ~6 до ~100 эВ». Транзакции IEEE по науке о плазме . 42 (3): 774–785. Бибкод : 2014ITPS...42..774S . дои : 10.1109/TPS.2014.2299954 . ISSN 0093-3813 . S2CID 34765246 .
^ Бабушкин, А. А.; Бажулин, П. А.; Королёв, Ф. А.; Левшин, Л. В.; Прокофьев, В. К.; Стриганов, А. Р. (1962). "Эмиссионный спектральный анализ". In Гольденберг, Г. С. (ed.). Методы спектрального анализа . Москва: Издательство МГУ. p. 58.
^ Jump up to: ^а ^б Даннивант, FM; Гинсбах, JW (2017). Пламенная атомно-абсорбционная и эмиссионная спектрометрия и индуктивно-связанная плазма — масс-спектрометрия . Колледж Уитмена . Проверено 10 января 2018 г.
^ Хё-Чанг Ли (2018) Обзор индуктивно связанной плазмы: наноприложения и физика бистабильного гистерезиса 5 011108 https://doi.org/10.1063/1.5012001

[1] Травление кремния фторуглеродом высокой плотности в индуктивно-связанной плазме: механизм травления через толстый устойчивый слой фторуглерода. Архивировано 7 февраля 2016 г. в Wayback Machine TEFM Standaert, М. Шаепкенс, Н. Рюгер, PGM Sebel и GS Oehrleinc.

[2] А. Монтасер и Д.В. Голайтли, изд. (1992). Индуктивно-связанная плазма в аналитической атомной спектрометрии . VCH Publishers, Inc., Нью-Йорк.

[3] Лаюнен, LHJ; Перямяки, П. (2004). Спектрохимический анализ методом атомной абсорбции и эмиссии (2-е изд.). Кембридж: Издательство RSC. п. 205. ИСБН 978-0-85404-624-9 .

[4] Паскаль Шамбер и Николас Брейтуэйт (2011). Физика радиочастотной плазмы . Издательство Кембриджского университета, Кембридж. стр. 219–259. ISBN 978-0521-76300-4 .

[ShunkoStevenson2014-5] Jump up to: ^а ^б Шунько Евгений Владимирович; Стивенсон, Дэвид Э.; Белкин, Вениамин С. (2014). «Плазменный реактор с индуктивной связью с энергией электронов плазмы, управляемой в диапазоне от ~6 до ~100 эВ». Транзакции IEEE по науке о плазме . 42 (3): 774–785. Бибкод : 2014ITPS...42..774S . дои : 10.1109/TPS.2014.2299954 . ISSN 0093-3813 . S2CID 34765246 .

[6] Бабушкин, А. А.; Бажулин, П. А.; Королёв, Ф. А.; Левшин, Л. В.; Прокофьев, В. К.; Стриганов, А. Р. (1962). "Эмиссионный спектральный анализ". In Гольденберг, Г. С. (ed.). Методы спектрального анализа . Москва: Издательство МГУ. p. 58.

[Dunnivant-7] Jump up to: ^а ^б Даннивант, FM; Гинсбах, JW (2017). Пламенная атомно-абсорбционная и эмиссионная спектрометрия и индуктивно-связанная плазма — масс-спектрометрия . Колледж Уитмена . Проверено 10 января 2018 г.

[8] Хё-Чанг Ли (2018) Обзор индуктивно связанной плазмы: наноприложения и физика бистабильного гистерезиса 5 011108 https://doi.org/10.1063/1.5012001

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]