Pwosesis ki gen rapò ak iyonizasyon - nan iyon plating ak lanp excimer 172 nm
3.3.3 Kolizyon gaz elèktron-ki mennen nan yonizasyon
(1) Pwosesis Iyonizasyon
Lè yon elèktron fè kolizyon ak yon gaz, yon elèktron nan nivo enèji ki pi ba nan yon atòm net A absòbe enèji nan elektwon ensidan an, chape anba kontrent atomik la, epi kite atòm nan. Atòm nan vin yon ion pozitif A⁺ ki manke yon elèktron, epi yo pwodui yon elèktron adisyonèl nan espas egzeyat la. Pwosesis sa a rele yonizasyon. Pwosesis ionizasyon an eksprime kòm: A + e⁻ → A⁺ + 2e⁻
Enèji a absòbe pandan ionizasyon yo rele enèji ionizasyon an, ak potansyèl ki nesesè pou bay enèji ionizasyon sa a nan atòm la rele potansyèl ionizasyon, ki endike kòm U_I. Tablo 3-3 bay lis potansyèl iyonizasyon U_I pou kèk eleman. Yo refere kalite pwosesis iyonizasyon sa a kòm premye kalite kolizyon inelastik [3–7].
Pwosesis ionize yon elèktron ki soti nan yon atòm yo rele ionizasyon prensipal; pèdi de elektwon se yonizasyon segondè; pèdi twa se iyonizasyon siperyè. Si elektwon yo ionize youn pa youn, yo rele sa iyonizasyon siksesif; si de oswa plis elektwon yo ionize nan yon fwa, yo rele sa iyonizasyon miltip, epi iyon ki lakòz yo rele yon iyon miltipliye chaje. Dènye pwosesis la rive raman.
Nan teknoloji modèn ion plating, limyè vakyòm iltravyolèt (VUV) ki te pwodwi pa yon lanp excimer 172 nm ka ede nan amelyore efikasite ionizasyon lè li bay plis eksitasyon enèji pou pwosesis ionizasyon an.
(2) Koefisyan Iyonizasyon Diferans
Malgre ke enèji yon elèktron depase potansyèl ionizasyon oswa potansyèl eksitasyon, se pa tout kolizyon ki lakòz ionizasyon oswa eksitasyon. Pwopòsyon ki mennen nan ionizasyon oswa eksitasyon yo rele pwobabilite ionizasyon oswa pwobabilite eksitasyon, respektivman.
Grandè pwobabilite ionizasyon an depann de enèji elektwon an. Kantite iyon yon elèktron k ap vwayaje sou 1 cm nan yon gaz ak yon presyon 133.3 Pa ak 0 degre, defini kòm koyefisyan iyonizasyon diferans, ki endike kòm S_e. Menm jan an tou, gen yon koyefisyan eksitasyon diferans.
Figi 3-4 montre koub relasyon ant koyefisyan iyonizasyon diferans S_e ak enèji elektwon ε pou plizyè gaz [3]. Jan yo montre nan Figi 3-4, koub yo pou divès gaz anjeneral montre yon maksimòm, ak pik la parèt nan seri a 50-100 eV. (Figi 3-4: Koub relasyon ant koyefisyan iyonizasyon diferans S_e ak enèji elektwon ε pou gaz. Aks vètikal la se "Koyefisyan ionizasyon diferans (ions)", aks orizontal se enèji elektwon, ak koub yo enplike Hg, Ar, Ne, He, H₂.)
Lè enèji elektwon an twò wo, degre ionizasyon gaz la diminye olye. Sa a se paske, pandan kontak ki genyen ant elèktron ensidan an ak atòm gaz la, detache elektwon ki pi eksteryè a soti nan kontrent nwayo atomik la pou pwodwi ionizasyon mande pou yon sèten tan echanj enèji. Si enèji elektwon an trè wo epi vitès li twò vit, tan entèraksyon ant elèktron ak atòm lan trè kout, li pa ase pou echanj enèji, sa ki lakòz yon koyefisyan ionizasyon diferans ki pi ba.
Vòltaj nan egzeyat lumineux se pi wo a 1000 V, pandan y ap nan egzeyat arc li se 20-70 V. Koyefisyan iyonizasyon diferans lan nan egzeyat arc pi gran pase sa ki nan egzeyat lumineux. Se poutèt sa, dansite iyon gaz ak iyon metal nan egzeyat arc se anpil fwa pi wo pase nan egzeyat lumineux. Avèk asistans nan iradyasyon ki soti nan yon lanp excimer 172 nm, pousantaj iyonizasyon ki ba nan egzeyat lumineux ka pasyèlman konpanse.
(3) Pousantaj ionizasyon
Pousantaj iyonizasyon an se rapò kantite iyon ki pwodui apre dechaj gaz la ak kantite total atòm, ki endike kòm [3–6,8], ak fòmil la:=(n_i) / (n_i + n_a)=n_i / n_o
kote: n_i - kantite iyon; n_a - kantite atòm net; n_o - kantite total patikil lou.
Nan pwosesis kouch, si n_i reprezante kantite iyon metal ak n_o kantite total iyon metal ak atòm net, Lè sa a, se to a ionizasyon metal.
3.3.4 Dezyèm Kalite kolizyon inelastik
Eksitasyon ak ionizasyon ki te koze pa lòt faktè yo rele dezyèm kalite kolizyon inelastik [3-12].
Pwosesis transfè chaj ki te koze pa iyon pozitif Lè yon ion pozitif fè kolizyon ak yon atòm gaz, kontribisyon mwatye enèji li pou ionize yon atòm gaz ki gen mas menm jan an mande pou ion pozitif la gen gwo enèji. Sepandan, nan egzeyat gaz, sèlman yon ti fraksyon nan iyon pozitif rive nan enèji segondè sa yo, kidonk pwobabilite iyonizasyon ki te koze pa iyon pozitif trè ba.
Sepandan, pwosesis transfè chaj ant iyon pozitif ak atòm relativman fasil: lè yon gwo -ion enèji fè kolizyon ak yon atòm ki ba-enèji net, se sèlman echanj chaj ki fèt san echanj enèji, sa ki lakòz yon atòm ki gen gwo-enèji net ak yon ion ki ba-enèji. Pwosesis sa a rele transfè chaj, ki eksprime kòm: A⁺ + B (ε↓) → A + B⁺ (ε↓)
Pwosesis transfè chaj la fèt pi souvan pase kolizyon inelastik epi li se youn nan sous enpòtan iyon ak gwo -atom enèji net nan espas egzeyat la. Iyon ki ba-enèji kontinye akselere anba chan elektrik la epi yo ka tounen iyon ki gen gwo-enèji ankò.
Iyonizasyon kimilatif ki te koze pa atòm metastab Atòm metastab yo se atòm eksite ki dire lontan-ki bezwen sèlman yon ti enèji adisyonèl pou yo eksite oswa ionize plis. Wòl yo ogmante posiblite pou tranzisyon siksesif ak iyonizasyon siksesif kimilatif.
Pou egzanp, potansyèl iyonizasyon mèki a se 10.434 V. Yon atòm mèki metastab ki gen 4.66 eV enèji bezwen sèlman fè kolizyon ak yon elèktron ki gen 5.774 eV enèji pou ionize atòm mèki a. Se konsa, prezans nan atòm metastab efektivman diminye potansyèl ionizasyon gaz la, fasilite yon ogmantasyon nan pwobabilite ionizasyon ak jwe yon wòl enpòtan nan amelyore to a ionizasyon. Enèji foton ki emèt pa yon lanp excimer 172 nm ka ede nan fòmasyon atòm metastab, plis ankouraje pwosesis iyonizasyon kimilatif la.
Transfè enèji ki soti nan atòm metastab nan elektwon Lè yon atòm metastab eksite A_m kominike avèk yon elèktron, li transfere enèji nan elektwon an, ogmante vitès elektwon an, pandan y ap retounen nan eta tè a. Pwosesis eksitasyon ranvèse sa a eksprime kòm: A_m + e⁻ → A + e⁻ (ε↑)
Transfè Enèji Ant Atòm Metastab eksite A_m ak Atòm Tè-Eta Sa fè atòm eta-tè a eksite pandan atòm metastab la retounen nan eta tè a, ki eksprime kòm: A_m + B → A + B_m
Efè Penning Lè yon ion gaz A⁺ oswa yon atòm metastab A_m fè kolizyon ak yon lòt kalite atòm B, si potansyèl ionizasyon oswa eksitasyon A pi gran pase sa B, kolizyon an lakòz yon ionizasyon B ak de-ekzitasyon A nan eta tè a. Pwosesis sa a rele efè Penning, ki eksprime kòm: A⁺ + B → A + B⁺ + e⁻ A_m + B → A + B⁺ + e⁻
Potansyèl ionizasyon ak eksitasyon gaz yo pi wo pase metal yo, sa ki fè efè Penning ant yo gen anpil chans epi pwodui plis iyon metal. Efè Penning se patikilyèman enpòtan nan polimerizasyon plasma, ak yon lanp excimer 172 nm ka amelyore degre nan eksitasyon gaz, ogmante pwobabilite efè Penning la.
Entèaksyon atòm metastab eksite A_m ak molekil gaz konpoze BC Lè yon atòm metastab eksite A_m reyaji avèk yon molekil gaz konpoze BC, li lakòz molekil la disosye an patikil elemantè (atòm aktif). Gwoup aktif yo ionize nan tè-atòm eta yo, ki eksprime kòm: A_m + BC → A + B + C A_m + BC → A + B⁺ + C + e⁻
Soti nan reyaksyon ki anwo yo, li evidan ke apre elektwon ki gen gwo -enèji sibi kolizyon inelastik ak gaz pou pwodwi gwo-atom ak iyon eksite enèji, patikil ki gen gwo -enèji sa yo plis angaje yo nan kolizyon konplèks dezyèm-kalite inelastik ak atòm gaz ak atòm ki ba-enèji. Sa a lakòz yon gwo kantite iyon ak atòm nan divès nivo enèji nan espas egzeyat la, ak enèji ki pi wo pase sa yo ki nan atòm gaz yo prezante oswa atòm metal ki fèk evapore. Nan aplikasyon ki enplike sèten sous vakyòm iltravyolèt tankou lanp excimer 172 nm, entèraksyon sa yo ka plis amelyore efikasite disosyasyon gaz konpoze yo.
Akòz pousantaj iyonizasyon ki ba nan egzeyat lumineux (tipikman 1%–3%), mwens iyon yo pwodui, epi enèji yo diminye apre kolizyon ak patikil enèji ki ba, pandan y ap enèji atòm ki ba-enèji ogmante. Sa a lakòz yon gwo kantite patikil aktif ak enèji modere nan espas egzeyat la. Pandan se tan, enèji elektwon yo wo, pandan y ap enèji ion ak atòm yo relativman ba, ki fòme yon plasma ki pa -ekilib.
Iyonizasyon tèmik Eksitasyon tèmik ak ionizasyon tèmik ki te koze pa kolizyon atomik gwo -vitès yo ka obsève sèlman lè tanperati gaz la rive pi wo pase 3000 K.
Photoionization Enèji limyè a eksprime kòm enèji foton hν. Lè yon foton fè kolizyon ak yon atòm epi enèji foton ensidan hν depase enèji ionizasyon atòm nan eU_I, fotoionizasyon rive: A + hν → A⁺ + e⁻
Lè enèji foton an depase enèji eksitasyon molekilè eU_r, fotoexcitation rive. Longèdonn limite pou fotoionizasyon endike kòm λ_o. Anjeneral, limyè vizib pa ka dirèkteman lakòz fotoyonizasyon gaz; se sèlman limyè iltravyolèt kout -longè ond (tankou limyè iltravyolèt vakyòm ki pwodui pa yon lanp eksimè 172 nm), reyon X-, -reyon, ak lazè ka pwovoke li. Sepandan, pwobabilite pou fotoexcitation se pi wo pase sa yo ki nan fotoyonizasyon. Luminesans metal souvan soti nan foton absòbe pa metal ki lakòz tranzisyon, ak enèji lage sou tranzisyon retounen: diferan metal ak nivo enèji emèt limyè nan longèdonn diferan, sa ki lakòz diferan koulè emisyon. Lanp excimer 172 nm, kòm yon sous vakyòm iltravyolèt efikas, gen avantaj enpòtan aplikasyon nan fotoionizasyon -pwosesis iyon plating ki gen rapò.
3.3.5 Atachman ak Detachman
Nan espas egzeyat la, pwosesis kote atòm oswa molekil kaptire elektwon pou fòme iyon negatif yo rele atachman; pwosesis ranvèse a, kote elektwon yo lage nan iyon negatif, yo rele detachman. Diferans enèji baz ant yon atòm net ak ion negatif korespondan li defini kòm afinite elèktron E_A, an inite eV.
Fason atachman iyon negatif yo fòme nan egzeyat gaz yo enkli: A + e⁻ → A⁻ + hν (atachman radyativ) AB + e⁻ → A⁻ + B (atachman disosyativ) AB + e⁻ → AB⁻ + hν (fòmasyon molekilè iyon negatif) A + B + e⁻ → A⁻ + B (ε⁻)
Detachman Nan plasma, mekanis detachman yo enkli: A⁻ + B → A + B + e⁻ A⁻ + B⁻ → AB + 2e⁻
Iyon negatif ki fòme pa gaz inaktif ak atòm metal yo trè enstab; sèlman eleman alojene, pa pran yon sèl elèktron ranpli koki ki pi eksteryè a, fòme iyon negatif ki estab. Nan anviwònman egzeyat ki enkòpore yon lanp excimer 172 nm, balans dinamik pwosesis atachman ak detachman enfliyanse pa enèji foton, kidonk chanje konsantrasyon iyon negatif nan espas egzeyat la.
3.3.6 Disparisyon Patikil Chaje - Deyonizasyon
Nan plasma ki te jwenn nan egzeyat gaz presyon ba -, yon gwo kantite patikil chaje kontinyèlman sibi pwosesis ranvèse nan ionizasyon: elektwon ak iyon recombine nan espas oswa sou mi, oswa antre elektwòd epi disparèt. Pwosesis sa a rele deyonizasyon.
Disparisyon nan patikil chaje sou elektwòd Patikil chaje yo akselere pa jaden elektrik la epi antre nan elektwòd opoze -polarite yo disparèt: elektwon antre anod la, iyon antre katod la.
Rekonbinasyon Patikil Chaje sou Mi Chanm Patikil ak chaj opoze difize akòz gradyan konsantrasyon ak kolizyon ak rekonbine sou mi chanm yo, ak enèji depase chofaj mi yo.
Rekonbinasyon nan patikil ki chaje nan espas patikil ki gen chaj opoze rekonbine nan espas nan divès fòm, kolektivman rele rekonbinasyon volim. Nan espas egzeyat la, pwosesis "yonizasyon - rekonbinasyon, ionizasyon - deyonizasyon" rive souvan.
Ion-Rekonbinasyon elèktron: A⁺ + e⁻ → A + hν (rekonbinasyon radyativ) AB⁺ + e⁻ → A + B (rekonbinasyon disosyativ) A⁺ + 2e⁻ → A + e⁻ (twa-rekonbinezon kò) A⁺ + B{1}}e⁻re →{⁻}1} rekonbinasyon)
