Изменение концентрации ХАЧ в плазме.
Протекание процессов образования новых частиц (в том числе ХАЧ) и их исчезновение требует сформулировать условия, при которых концентрация их в плазме будет постоянна – уравнение непрерывности.
Рис. 9. Изменение концентрации и скорости образование ХАЧ.
В следствии протекания элементарных процессов в плазме в направлении оси Х существует положительный градиент концентрации ХАЧ . Вследствие перепада давления ,образуется газовый поток со скоростью .
- изменение кон-центрации ХАЧ в слое за время . При этом создается ХАЧ, а убыль составит .
- поток ХАЧ, втекающий в слой , а - вытекающий. Тогда - уравнение непрерывности для ХАЧ в плазме. (31)
Поток ХАЧ - газовый и - диффузионный.
Тогда поток ХАЧ (32)
где – коэффициент диффузии ХАЧ.
Подставив (32) в (31) получим
- уравнение непрерывности для ХАЧ. (33)
Диссоциация молекул рабочего газа электронным ударом определяет скорость генерации энергетических и химически активных частиц : где ‑ концентрация электронов, ‑ концентрация молекул, образующих ХАЧ, ‑ энергия электронов, ‑ масса электрона, ‑ пороговая энергия процесса диссоциации, ‑ сечение взаимодействия электронов и молекул, ‑ функция распределения электронов по энергиям. Для максвелловского распределения электронов по энергиям получаем
(34)
Скорость исчезновения ХАЧ вследствие процессов рекомбинации имеет вид:
, (35)
где ‑ соответственно диаметр, температура, молекулярная масса и концентрация ХАЧ, NГ = 8,3 Дж/(моль×К) ‑ концентрация молекул в моле объема газа, ‑ концентрация атомов вещества газа.
Если - начальная, а - конечная концентрации ХАЧ, то , тогда (36)
Процессы диссоциации и рекомбинации в плазме находятся в равновесии, приравняв (34) и (36), получим уравнение непрерывности для ХАЧ:
, (37)
где .
Решая уравнение (37), находим концентрацию ХАЧ: .
Механизмы формирования химически активной плазмы и образование ХАЧ.
Процессы образования ХАЧ
- процессы, возникающие и протекающие под действием электронного удара при неупругих столкновениях электронов с атомами, молекулами и ионами;
- процессы, протекающие при неупругих столкновениях между тяжелыми частицами плазмы – атомами, молекулами, ионами;
- химические реакции;
- процессы под действием различных внешних полей, излучений и собственного излучения плазмы.
Требования к рабочим веществам:
- обеспечивать при разложении в плазме максимальный выход энергетических и химически активных частиц, способных при взаимодействии с обрабатываемым материалом образовывать стабильные летучие, либо легко распыляемые соединения;
- иметь требуемые скорости и энергию;
- обеспечивать селективность и анизотропию процессов;
- быть экологически безопасными, обеспечивать безопасные условия труда, взрывобезопасными и не взаимодействовать с внутренними деталями и стенками реакционных камер и магистралей
Таблица 5. Основные типы рабочих веществ
Тип молекулы | Структура молекулы | Энергия связи, Дж |
Водород, H2 | H–H | 7,2·10–19 |
Кислород, O2 | O=O | 8,3·10–19 |
Азот, N2 | N≡N | 1,6·10–18 |
Фтор, F2 | F–F | 2,6·10–19 |
Хлор, Cl2 | Cl-Cl | 2,5·10–19 |
Хладоны: CkHlFmCln | ||
CF4 | C F | 8·10–19 |
CCl4 | C Cl | 5·10–19 |
CCl2F2 | C=Cl=F | 5,6·10–19 |