Розряд на поверхневій хвилі
Розряд на поверхневій хвилі, англ. Surface-wave-sustained plasmas (SWP) - форма газового розряду, що збуджується поверхневими електромагнітними хвилями. Поверхневі електромагнітні хвилі, що розповсюджуються вздовж межі плазми, можуть їй ефективно поглинатися, підтримуючи таким чином розряд. Розряд на поверхневій хвилі дозволяє отримувати однорідну плазму в об'ємі, поперечні розміри яких перевершують кілька довжин хвиль збуджуючого випромінювання. Розряд на поверхневій хвилі не слід плутати з НВЧ розрядом на поверхні діелектрика.
Зміст
Поверхневі електромагнітні хвилі, що мають сильні поля лише поблизу межі плазми, були теоретично описані у роботах 1958 [1] та 1959 [2] років. Мойсен та його група з Монреальського університету вивчили різні конфігурації розрядної системи при великій потужності в широкому діапазоні частот (від 1 МГц до 10 ГГц), діаметр розрядного об'єму до 150 мм, хоча найчастіше був використаний діапазон розмірів від 30 до 100 мм . Найпростіші із джерел працювали без зовнішнього магнітного поля.
Тривалий час джерела плазми з урахуванням надвисокочастотного розряду без магнітного поля вважалися непридатними до створення плазми високої щільності. Об'ємні електромагнітні хвилі не можуть поширюватися в плазмі із щільністю, більшою за критичну. Хвиля відбивається на поверхні плазми, завдяки скін-ефекту і стає загасаючим. Глибина проникнення відповідає глибині скін-шару δ, який можна приблизно записати як
Однак, незважаючи на те, що скін-ефект перешкоджає спробам передати енергію в плазму "поперек", відмінна від нуля глибина скін-шару дозволяє скористатися провідністю плазми для поширення хвилі "вздовж" її кордону. Енергія хвилі в такомуУ разі передається в плазму за рахунок загасаючої поверхневої хвилі, яка експоненційно згасає в напрямку перпендикулярно до її поверхні. Такий механізм дозволяє створювати плазму надкритичної густини. Більш того, для поширення поверхневої хвилі принципово необхідно, щоб щільність плазми була вищою за критичну, яка визначається виразом:
Для практичної реалізації цього виду розряду в розрядний обсяг поміщають діелектрик, стійкий до впливу плазми (називається також діелектричної антеною), з одного торця якого знаходиться хвилевід, по якому здійснюють подачу НВЧ потужності. НВЧ хвиля, виходячи з хвилеводу в розрядний об'єм, викликає в ньому НВЧ пробій, що призводить до утворення плазми. Коли щільність плазми досягає критичної для цієї частоти, створюються умови для поширення поверхневої хвилі, яка переносить енергію вздовж діелектрика, забезпечуючи іонізацію. Виникає плазмовий хвилевід, що самопідтримується, роль провідних стінок, якого виконує плазма. У зв'язку з тим, що провідність плазми істотно менша за провідність металу, ці «стінки» мають відносно великий опір, і індукований в них струм передає потужність електромагнітної хвилі плазмі.
Нині над ринком відсутні технологічні установки, використовують джерела плазми на розряді на поверхневих хвилях. Джерела цього поступаються таким з індуктивно-зв'язаною плазмою за такими основними параметрами, як практично досяжна щільність плазми і однорідність її розподілу по зоні обробки. Для отримання більших густин джерела необхідно використовувати частоти НВЧ діапазону 1..10 ГГц. Для практичних застосувань найбільш теоретично та експериментально вивчена циліндрична конфігурація розрядув більшості випадків непридатна у зв'язку з принциповою необхідністю виконання умови >R>"> l>> R >R> data- > що не дає можливості досягти необхідної однорідності щільності плазми [4] . У зв'язку з цим виявляється особливий інтерес також і до систем з плоскою геометрією [5] .