Simulation and experimental research of Langmuir probe operation in electro-negative plasma

Abstract

The mathematical model of single cylindrical Langmuir probe describing dependence of positive ion current gathered by the probe on the basic parameters of electronegative plasma, such as probe potential, densities of electrons, positive and negative ions, relation between ion and electron temperatures is built. The model is based on the theory of the radial motion of charged particles. The model covers wide parameters domain of the electronegative plasma, particularly the whole range typical for technological systems. The experimental measurements, confirming the high reliability of the model are reported. The model can be used in probe measurements of electronegative plasma parameters in laboratory and technological systems, as well as for further theories perfection of surface layers in gas-discharge plasma.

Построена математическая модель работы одиночного цилиндрического зонда Ленгмюра, описывающая взаимосвязь собираемого зондом тока положительных ионов с основными параметрами электроотрицательной плазмы, такими как: потенциал зонда, плотности электронов, положительных и отрицательных ионов, отношение температур электронов и ионов. Модель основывается на теории радиального движения заряженных частиц. Она перекрывает широкую область параметров электроотрицательной плазмы, в частности, весь диапазон, характерный для технологических систем. Проведены экспериментальные измерения, подтверждающие высокую достоверность модели. Модель может быть использована при проведении зондовых исследований в электроотрицательной плазме в лабораторных и технологических системах, а также для дальнейшего совершенствования теорий приповерхностных слоев в газоразрядной плазме.

Побудовано математичну модель роботи одиночного циліндричного зонда Ленгмюра, яка описує взаємозв'язок струму позитивних іонів, що збирається зондом, з основними параметрами електронегативної плазми, такими як: потенціал зонда, густина електронів, позитивних та негативних іонів, співвідношення температур електронів та іонів. Модель грунтується на теорії радіального руху заряджених частинок. Вона перекриває широку область параметрів електронегативної плазми, зокрема, весь діапазон, характерний для технологічних систем. Проведено експериментальні вимірювання, які підтверджують високу достовірність моделі. Модель може бути використана під час проведення зондових досліджень електронегативної плазми в лабораторних і технологічних системах, а також для подальшого вдосконалення теорій приповерхневих шарів в газорозрядній плазмі.