Name: building langmuir probes and emissive probes for plasma potential measurements in low pressure, low temperature plasmas
Uploaded: 2021-05-25T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Building Langmuir Probes and Emissive Probes for Plasma Potential Measurements in Low Pressure, Low Temperature Plasmas at JoVE.com

이 연구는 보조금DE-SC00114226를 통해 미국 에너지부(DOE)와 보조금 PHY-1464741, PHY-1464838, PHY-1804654 및 PHY-1804240을 통해 국립과학재단(National Science Foundation)에서 부분적으로 자금을 지원받았습니다
노아 허시코위츠(Noah Hershkowitz)에게 바치는 헌사: 노아 허시코위츠(Noah Hershkowitz)는 플라즈마 물리학에 획기적인 공헌을 했으며, 과학자이자 인간으로서 동료와 학생들의 존경과 찬사를 받았습니다.  "물리학은 정말 오래된 직소 퍼즐과 같습니다. 모든 조각이 닳아 없어졌습니다. 가장자리가 엉망입니다. 일부 조각은 잘못된 방식으로 조립되었습니다. 그것들은 어느 정도 맞지만 실제로는 올바른 위치에 있지 않습니다. 이 게임은 세상이 어떻게 돌아가는지 알아내기 위해 올바른 방법으로 그것들을 모으는 것입니다.  그는 2020년 11월 13일 79세의 나이로 사망했습니다.

1. 진공 챔버에 맞는 Langmuir 프로브 및 발광 프로브 제작
<ol><li>평면 Langmuir 프로브(자세한 내용은 그림 5 참조)<ol><li>1/4" 직경의 스테인리스 스틸 튜브를 프로브 샤프트로 사용하고 한쪽 끝을 원하는 90° 각도로 구부립니다.</li>
		<li>프로브가 챔버 길이의 절반 이상을 축 방향으로 덮을 수 있도록 구부러지지 않은 면을 길이로 자릅니다.</li>
		<li>B-4-8 유니온 튜브 피팅과 함께 S...

<ol>
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Langmuir 프로브는 전자 밀도가 입자 10 6 m-3에 불과한 우주 플라즈마에서 전자 밀도가 1020 m-3의 몇 배에 가까운 융합 플라즈마의 가장자리 영역에 이르기까지 매우 광범위한 플라즈마 밀도 및 온도에서 입자 플럭스 측정에 사용됩니다. 더욱이, 0.1에서 수백 eV 사이의 전자 온도는 Langmuir 프로브로 진단되었습니다. Langmuir 프로브는 플라즈마 밀도와 온도를 측정하는 데 ...

1920년대에 Langmuir가 새로운 상태의 물질인 플라즈마의 매질과 같은 거동을 발견한 이래로 플라즈마 물리학 연구의 첫 세기 동안 Langmuir 프로브는 플라즈마 매개변수에 대한 가장 중요한 단일 진단임이 입증되었습니다. 이는 부분적으로는 적용의 범위가 매우 넓기 때문에 사실이다.1 인공위성이 만나는 플라즈마(2,3,4)에서, 반도체 공정 실험에서,5,6,7,8 토카막에 갇힌 플라즈마의 가장자리에서,9,10,11 그리고 광범위한 기본 플라즈마 물리학 실험에서, 랑뮤어 탐사선은 108≤ne 범위에 걸친 플라즈마 밀도와 온도를 측정하는 데 사용되어 왔다≤1019m-3 및 10-3≤Te≤10 2eV 입니다. 동시에 1920년대에 그는 현재 그의 이름을 딴 탐사선과 발광 탐사선12를 발명했습니다. 방출 프로브는 현재 주로 플라즈마 전위 진단용으로 사용됩니다. Langmuir 프로브가 측정할 수 있는 플라즈마 파라미터의 폭을 측정할 수는 없지만, 플라즈마 전위 또는 정전기 공간 전위라고도 하는 측정과 관련하여 광범위한 유용성을 진단할 수 있습니다. 예를 들어, 발광 프로브는 Langmuir 프로브가 아무것도 측정할 수 없는 진공 상태에서도 공간 전위를 정확하게 측정할 수 있습니다.
Langmuir 프로브의 기본 설정은 플라즈마에 전극을 넣고 수집된 전류를 측정하는 것으로 구성됩니다. 생성된 전류-전압(I-V) 특성은 전자온도 TE, 전자 밀도NE 및 플라즈마 전위 (13)와 같은 플라즈마 파라미터를 해석하는 데 사용할 수 φ. 맥스웰 플라즈마의 경우 수집된 전자전류 IE( 양수로 간주됨)와 프로브 바이어스 VB 사이의 관계는14로 표현할 수 있습니다.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ1v2.jpg">
여기서 Ie0 는 전자 포화 전류이고,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ2v2.jpg">
여기서 S는 프로브의 수집 영역, <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ09.jpg"> 는 벌크 전자 밀도, e는 전자 전하,T e 는 전자 온도, me 는 전자 질량입니다. 전자 전류에 대한 I-V 특성의 이론적 관계는 그림 1A 와 그림 1B에 두 가지 방식으로 설명되어 있습니다. 참고로, 식 (1a,b)는 벌크 전자에만 적용됩니다. 그러나 Langmuir 프로브 전류는 하전 입자의 흐름을 감지할 수 있으며 1차 전자, 전자빔 또는 이온 빔 등이 있는 경우 조정해야 합니다. 자세한 내용은 Hershkowitz14 를 참조하십시오.
여기서는 맥스웰 전자 에너지 분배 함수(EEDF)의 이상적인 경우를 다룹니다. 물론 비이상적인 것들이 생겨나는 상황도 많지만, 그런 것들은 이 작품의 주제가 아니다. 예를 들어, 일반적으로 RF 생성 및 유지되는 재료 가공 에칭 및 증착 플라즈마 시스템에는 플라즈마에서 휘발성 화학 라디칼을 생성하는 분자 가스 공급 원료와 음전하를 띤 이온을 포함한 여러 이온 종이 있습니다. 플라즈마는 전기 음성이 되는데, 즉, 음이온의 형태로 준 중성 플라즈마에서 음전하의 상당 부분을 갖습니다. 분자 중성 및 이온을 갖는 플라즈마에서 전자와 분자 종 사이의 비탄성 충돌은 전류-전압 특성에서 딥(dip)15 을 생성할 수 있으며, 전자에 비해 차가운 차가운 음이온의 존재는 플라즈마 전위 부근에서 상당한 왜곡(distorence)16 을 생성할 수 있으며, 이 모든 것은 물론 비-맥스웰적 특징이다. 우리는 이 논문에서 논의된 연구에서 이러한 종류의 비맥스웰 효과가 없는 단일 이온 종 비활성 기체(아르곤) DC 방전 플라즈마에서 실험을 수행했습니다. 그러나, 바이-맥스웰 EEDF는 전형적으로 챔버 벽으로부터의 2차 전자 방출(17 )의 존재에 의해 야기되는 이러한 방전에서 발견된다. 더 뜨거운 전자의 이 성분은 일반적으로 차가운 전자 온도의 몇 배이고 밀도의 1% 미만이며 일반적으로 벌크 전자 밀도 및 온도와 쉽게 구별됩니다.
VB가 φ보다 음이 많을수록 전자는 프로브 표면의 음전위에 의해 부분적으로 반발되고 ln(IE) 대VB의 기울기는 e/Te입니다. 1/TeV 여기서 TeV는 그림 1B와 같이 eV 단위의 전자 온도입니다. TeV가 측정된 후, 플라즈마 밀도는 다음과 같이 도출될 수 있다:
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ3v2.jpg">
이온 전류는 전자 전류와 다르게 파생됩니다. 이온은 전자의 질량에 비해 상대적으로 큰 질량 (MI>> me)으로 인해 "차갑다"고 가정되므로 약하게 이온화 된 플라즈마에서 이온은 벽 온도에있는 중성 가스 원자와 상당히 좋은 열 평형 상태에 있습니다. 이온은 VB ≥ φ 경우 프로브 피복에 의해 튕겨지고V B < φ이면 수집됩니다. 수집된 이온 전류는 음의 바이어스 프로브에 대해 거의 일정한 반면, 프로브에 대한 전자 플럭스는 플라즈마 전위보다 음의 프로브 바이어스 전압에 대해 감소합니다. 전자 포화 전류는 이온 포화 전류보다 훨씬 크기 때문에 프로브에 의해 수집되는 총 전류가 감소합니다. 프로브 바이어스가 점점 더 음수가 됨에 따라, 위의 식 (1a)에서 설명한 바와 같이 전자 온도가 차갑거나 뜨거우면 수집되는 전류의 강하가 크거나 작습니다. 이 근사치의 이온 전류에 대한 방정식은 다음과 같습니다.
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ4v2.jpg">
어디
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ5v2.jpg">
그리고
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ6v2.jpg">
프로브에 의해 수집된 일정한 이온 플럭스는 프로브의 프리시스를 따라 가속으로 인해 임의의 열 이온 플럭스를 초과하므로 이온은 이온 열 속도(19)가 아닌 Bohm 속도18, ub에서 프로브의 피복 가장자리에 도달합니다. 그리고 이온은 presheath가 준 중성이기 때문에 전자와 동일한 밀도를 갖습니다. Eqn.5와 2의 이온 및 전자 포화 전류를 비교하면 프로브 전류에 대한 이온 기여도가 전자의 기여도보다 1<img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ10.jpg">배 더 작다는 것을 알 수 있습니다. 이 계수는 아르곤 플라즈마의 경우 약 108입니다.
전자 전류가 지수에서 상수로 이동하는 급격한 전이 지점이 있으며, 이를 "무릎"이라고 합니다. 무릎의 프로브 바이어스는 플라즈마 전위로 근사화할 수 있습니다. 실제 실험에서 이 무릎은 결코 날카롭지 않지만 프로브의 공간 전하 효과, 즉 프로브를 둘러싼 피복의 팽창으로 인해 둥글고 프로브 오염 및 플라즈마 노이즈13.
Langmuir 프로브 기술은 수집 전류를 기반으로 하는 반면 발광 프로브 기술은 전류 방출을 기반으로 합니다. 발광 프로브는 온도나 밀도를 측정하지 않습니다. 대신 정밀한 플라즈마 전위 측정을 제공하며 플라즈마 흐름에 민감하지 않기 때문에 다양한 상황에서 작동할 수 있습니다. 발광 프로브의 이론과 사용법은 Sheehan and Hershkowitz20의 주제별 리뷰와 그 안에 있는 참고 문헌에서 충분히 논의되었습니다.
플라즈마 밀도 1011 ≤ ne ≤ 1018 m-3의 경우 제로 방출 한계의 변곡점 기법이 권장되며, 이는 각각 다른 필라멘트 가열 전류를 갖는 일련의 IV 트레이스를 취하여 각 IV 트레이스에 대한 변곡점 바이어스 전압을 찾고 변곡점을 제로 방출 한계로 외삽하여 플라즈마 전위를 얻고, 그림 2와 같습니다.
Langmuir와 발광 프로브 기술은 준 중성 플라즈마에서는 일치하지만 공간 전하가 나타나는 경계와 접촉하는 플라즈마 영역인 외피에서는 일치하지 않는다는 것이 일반적인 가정입니다. 이 연구는 이러한 일반적인 가정을 테스트하기 위한 노력의 일환으로 저온, 저압 플라즈마에서 플라즈마 경계 근처의 플라즈마 전위에 초점을 맞춥니다. Langmuir 프로브와 발광 프로브의 전위 측정값을 비교하기 위해 그림 3과 같이 Langmuir 프로브 I-V에 변곡점 기법을 적용하여 플라즈마 전위도 측정합니다. 플라즈마 전위는 수집된 전류의 2차 도함수가 바이어스 전압에 대해 분화된 프로브 바이어스 전압, <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ11.jpg">즉 프로브 바이어스 전압에 대해 dI/dV 곡선의 피크를 구함으로써 발견되는 것이 일반적으로 인정된다.1 그림 3은 전류-전압 특성의 변곡점인 dI/dV 단위의 이 최대값을 구하는 방법을 보여줍니다.
Langmuir 프로브(수집)와 발광 프로브(방출)는 그림 4와 같이 프로브 팁의 형상에 따라 달라지는 서로 다른 I-V 특성을 가지고 있습니다. 프로브를 제작하기 전에 프로브의 공간 전하 효과를 고려해야 합니다. 실험에서 평면 Langmuir 프로브의 경우 1/4" 평면 탄탈륨 디스크를 사용했습니다. 더 큰 디스크로 더 많은 전류를 수집하고 더 큰 신호를 얻을 수 있습니다. 그러나, 상기 분석들이 적용되기 위해서는, 프로브의 면적 Ap가 챔버의 전자 손실 면적Aw보다 작게 유지되어야 하며,이는 21의 부등식<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ12.jpg">을 만족한다. 원통형 Langmuir 프로브의 경우 원통형 Langmuir 프로브에는 0.025mm 두께, 1cm 길이의 텅스텐 와이어를 사용하고 발광 프로브에는 동일한 두께의 텅스텐 와이어를 사용했습니다. 원통형 Langmuir 프로브의 경우 이러한 실험의 플라즈마 매개변수에 대해 프로브 팁의 반경 rp는 길이 Lp보다 훨씬 작고 Debye 길이 λD보다 작습니다. 즉, <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ13.jpg">, 및 <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ14.jpg">. 이 범위의 매개변수에서 Orbital Motion Limited 이론과 Laframboise의 개발22 열 전자 및 이온의 경우, 플라즈마 전위와 같거나 더 큰 프로브 바이어스 전압에 대해 수집된 전자 전류는 다음과 같은 형식의 <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ15.jpg"><img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ16.jpg"> 함수로 매개변수화될 수 있음을 알 수 있습니다.. 여기서 중요한 점은 이 지수가 단위보다 작은 값의 경우 위 단락에서 설명한 대로 플라즈마 전위를 결정하기 위한 변곡점 방법이 원통형 Langmuir 프로브에도 적용된다는 것입니다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.001&#34; thick tungsten wire</td>
			<td>Midwest Tungsten Service</td>
			<td>0.001&#34;</td>
			<td>Emissive probe filament</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.005&#34; thick tantalum sheet</td>
			<td>Midwest Tungsten Service</td>
			<td>0.005&#34;</td>
			<td>Heating filament to generate plasma</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/2&#34; Brass supprting tube</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34; Brass Ferrule Set</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>B-400-SET</td>
			<td>Interface between stainless probe shaft and swagelok tube fitting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34; OD 304 or 315 stainless steel tube</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>SS-T4-S-035-20</td>
			<td>Used to make the probe shaft, order seamless, sold in 20&#39; lengths</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alumina tubes</td>
			<td>COORSTEK</td>
			<td>65655, single bore 0.156&#34; OD 0.094 ID</td>
			<td>single bore, double bore, quadruple bore, use for support structure for both emissive and Langmuir probes between the probe tip and shaft</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Baratron gauge</td>
			<td>MKS</td>
			<td>Type 127</td>
			<td>Display the pressure when there&#39;s gas flowing in the chamber</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brass Swagelok Tube Fitting</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>B-400-1-OR</td>
			<td>Tube fittings used on the probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brass Swagelok Tube Fitting</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>B-810-6</td>
			<td>Tube fittings used on the probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brass Swagelok Tube Fitting</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>B-810-1-OR</td>
			<td>Tube fittings used on the probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceramic liquid</td>
			<td>Sauereisen</td>
			<td>No. 31 Ceramic Encapsulant Liquid</td>
			<td>Mix with No.31 cement power to make the ceramic paste</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceramic powder</td>
			<td>Sauereisen</td>
			<td>Cement Powder No. 31 Off-White</td>
			<td>There are Saureisen cements that cure with water, e.g. No.10 Powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold plated nickel wire</td>
			<td>SYLVANIA ELECTRIC PRODUCT</td>
			<td></td>
			<td>spod-welded to the probe tip to provide supports</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ion gauge controller</td>
			<td>Granville-Phillips</td>
			<td>270 Gauge controller</td>
			<td>Heat up the ion gauge and display pressure inside the chamber</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mechanical pump</td>
			<td>Leybold D60 D60AC</td>
			<td>D60 D60AC</td>
			<td>Bring the pressure down to ~10 mTorr then serve as the backing pump for the turbo pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>needle valve</td>
			<td>Whitey</td>
			<td>SS-22RS4</td>
			<td>Metering Micro-Needle Micrometer Valve 1/4&#34; Tube Swagelok fittings</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>Kepco</td>
			<td>ATE 100-10M</td>
			<td>Voltage Bias supply of heating filament</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>Sorensen</td>
			<td>DCR 20-115B</td>
			<td>Heating supply of heating filament</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>shutoff valve</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>Nupro SS-4BK</td>
			<td>Knob handle, for 1/4&#34; tubing, swagelok fittings</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless Steel Ultra-Torr Vacuum Fitting</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>SS-4-UT-A-8</td>
			<td>Tube fittings used on the probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon coated wire</td>
			<td>Geyer Systems</td>
			<td>P31546</td>
			<td>Connect the gold-coated wire to BNC pin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Turbo pump</td>
			<td>PFEIFFER</td>
			<td>TPH 240 C</td>
			<td>Bring the pressure down to 1E-6 Torr</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum grease</td>
			<td>APIEZON</td>
			<td>L Ultra High Vacuum Grade Grease</td>
			<td>Vacuum grease used to lubricate the oring</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Viton Orings</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>#031</td>
			<td>Round #031 Medium Hard Viton O-Ring, 1.739&#34; I.D., 1.879&#34; O.D</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Viton Orings</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>#010</td>
			<td>Round #010 Medium Hard Viton O-Ring, 0.239&#34; I.D., 0.379&#34;O.D</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

building langmuir probes and emissive probes for plasma potential measurements in low pressure, low temperature plasmas

Langmuir 프로브는 1920년대 초 Langmuir가 발명한 이래 입자 플럭스(즉, 전자 및 이온 플럭스) 및 국소 공간 농도, 전자 온도 및 정전기 플라즈마 전위 측정에 대한 기본 진단으로 실험 플라즈마 물리학 연구에서 오랫동안 사용되어 왔습니다. 발광 프로브는 플라즈마 전위를 측정하는 데 사용됩니다. 이 작업에 전시된 프로토콜은 플라즈마 방전이 제한되고 지속될 수 있는 진공 챔버에서 사용하기 위해 이러한 프로브를 구축하는 방법을 보여주는 역할을 합니다. 여기에는 본질적으로 전기 피드스루, 즉 회전 및 변환 가능한 것을 구축하기 위한 진공 기술이 포함됩니다. 물론 완전한 Langmuir 프로브 시스템을 구입할 수도 있지만 사용자가 상당한 비용 절감으로 구축할 수 있으며 동시에 특정 실험에서 사용하는 데 더 직접적으로 적용할 수 있습니다. 두 진단 기법을 비교하고 상대적인 장점과 약점을 평가하기 위해 플라즈마 본체에서 플라즈마 경계의 외피 영역까지 정전기 플라즈마 전위를 매핑하는 데 Langmuir 프로브와 발광 프로브를 사용하는 방법을 설명합니다. Langmuir 프로브는 플라즈마 밀도와 전자 온도를 가장 정확하게 측정할 수 있다는 장점이 있지만, 발광 프로브는 피복 영역까지 플라즈마 전체에 걸쳐 정전기 플라즈마 전위를 보다 정확하게 측정할 수 있습니다.

Langmuir 프로브는 흐름과 수집하는 입자의 운동 에너지에 민감한 것으로 알려져 있으며, 지금까지 피복을 제외하고는 플라즈마 전위를 유효하게 측정하는 것으로 간주되어 왔습니다. 그러나 Langmuir 프로브와 발광 프로브에 의해 측정된 플라즈마 전위를 직접 비교한 결과, 플라즈마 측의 피복과 직접 접촉하는 플라즈마의 준중성 프리시스 영역에서 Langmuir 프로브는 플라즈마 전위(23</su...

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Building Langmuir Probes and Emissive Probes for Plasma Potential Measurements in Low Pressure, Low Temperature Plasmas

이 연구의 주요 목표는 Langmuir 프로브 및 발광 프로브에 익숙하지 않은 연구 그룹이 특히 플라즈마 경계 근처에서 플라즈마 진단으로 더 쉽게 사용할 수 있도록 하는 것입니다. 우리는 쉽게 구할 수 있는 재료와 공급품으로 프로브를 만드는 방법을 보여줌으로써 이를 수행합니다.

저압, 저온 플라즈마에서 플라즈마 전위 측정을 위한 Langmuir 프로브 및 방출 프로브 구축

Langmuir probes have long been used in experimental plasma physics research as the primary diagnostic for particle fluxes (i.e., electron and ion fluxes) ...

우리는 스스로 구축하려는 연구원을 위해 쉽게 구할 수 있는 실험실 재료를 사용하여 Langmuir 프로브 및 발광 프로브를 만드는 방법에 대한 단계별 프로토콜을 제공합니다. 실험실에서 쉽게 구할 수 있는 재료를 사용하면 플라즈마 진단을 위한 정전기 프로브를 더 저렴하고 쉽게 구축 및 유지 관리할 수 있으며 시스템을 다양한 실험실 설정에 더 잘 적응할 수 있습니다. 당사의 구축 프로토콜에 사용되는 진공 인터페이스는 다른 저압 장치의 피드스루 방법으로도 사용할 수 있습니다.이 프로토콜 진공 기술을 수행할 때 전기 연속성 검사, 세라믹 페이스트 경화 및 프로브의 취약성 관리는 처음에는 어려워 보일 수 있습니다. 먼저 Langmuire 프로브를 생성합니다. 1/4인치 직경의 스테인리스 스틸 튜브를 프로브 샤프트로 사용합니다.프로브가 챔버 길이의 절반 이상을 축 방향으로 덮을 수 있도록 튜브를 자릅니다. B-4-8 유니온 튜브 피팅과 함께 SS-8-UT-A-810 어댑터를 사용하여 황동 튜브를 통해 샤프트의 구부러지지 않은 면을 맞춥니다. B-810-1 또는 스웨즈락 인터페이스를 통해 맞춤형 플랜지에서 뻗어 나오는 1/2인치 황동 튜브를 사용하여 프로브 샤프트를 축 방향으로 지지합니다.B-400-1 또는 스웨즈락 피팅을 통해 프로브 샤프트의 구부러지지 않은 끝을 BNC 하우징에 연결합니다. 두 개의 단일 보어 알루미나 튜브를 통해 금으로 코팅된 니켈 와이어를 끼우고 프로브 샤프트 내부에 더 두꺼운 튜브를 맞춥니다. 금으로 코팅된 니켈 와이어의 한쪽 끝을 벗겨진 와이어 조각에 스폿 용접하여 프로브 샤프트 끝에 있는 BNC 피드 스루의 펜에 용접합니다.그런 다음 금도금 와이어를 절단하여 벗겨진 와이어가 있는 조인트가 알루미나 튜브 내부에 맞도록 하여 프로브 샤프트와의 단락을 방지합니다. 탄탈륨 시트를 펀칭하여 1/4 인치 대패 Langmuir 프로브 팁을 만들고 팁 가장자리에 금으로 코팅된 니켈 와이어의 다른 쪽 끝에 스폿 용접하여 프로브 팁을 경계 플레이트의 축에 수직으로 설정합니다. 피복 내부를 측정하는 동안 프로브 본체가 경계판에 닿지 않도록 프로브 팁을 약간 앞으로 배치합니다.모든 조인트를 세라믹 페이스트로 밀봉하여 프로브 회로 구성 요소를 플라즈마로부터 절연하고 열 가이를 사용하여 세라믹 조인트를 5-10분 동안 굽습니다. 멀티미터를 사용하여 프로브 팁과 BNC 커넥터 사이의 저항을 측정합니다. 연속성이 입증되면 프로브를 진공 챔버에 넣을 준비가 된 것입니다.원통형 투광 프로브를 구축하려면 단일 보어 튜브 대신 1/8인치 2 보어 알루미늄 튜브를 사용하는 것을 제외하고 앞에서 설명한 절차를 따르십시오. 0.025mm 직경의 텅스텐 와이어를 약 1cm로 자르고 텅스텐 필라멘트를 금으로 코팅 된 와이어에 스폿 용접합니다. 세라믹 페이스트로 대체 조인트를 밀봉하여 페이스트가 텅스텐 필라멘트에 닿지 않도록 합니다.두 BNC 끝 사이의 연속성을 확인합니다. 챔버에 가스를 넣기 전에 이온 게이지를 켜서 기본 압력을 확인하십시오. 그렇지 않으면 시스템에 누출이 있는지 확인하십시오.펜을 사용하여 숫자가 플러스 또는 마이너스 0.01밀리토르 내에서 부동할 때까지 baratron 디스플레이를 보정합니다. 니들 밸브가 닫힌 위치에 있는지 확인하십시오. 그런 다음 차단 밸브를 열고 baratron 판독값에 압력 변화가 없는지 확인합니다.니들 밸브의 손잡이를 천천히 돌려 필요한 압력에 도달할 때까지 가스를 챔버로 방출합니다. 전압 전원 공급 장치를 켜고 전압을 음의 60볼트로 설정하여 아르곤의 최대 이온화 단면적에 충분한 전자 에너지를 제공합니다. 그런 다음 필라멘트의 가열 전원 공급 장치를 켜고 방전 전류가 필요한 값을 읽을 때까지 레벨을 천천히 조정합니다.전압 공급을 경계판에 연결하고 바이어스를 원하는 수준으로 조정합니다. 그런 다음 측정을 진행합니다. 프로브를 데이터 수집 및 제어 회로에 부착하고 프로브에 인가된 전압을 스위프하는 동시에 프로브에서 끌어온 전류를 측정합니다.현재 전압 트레이스를 저장합니다. 방사형 프로브, 데이터 수집 및 제어 회로를 사용한 반복 데이터 수집. Langmuir 프로브는 4가지 다른 구성으로 제작되었으며 J는 1에서 4까지의 정수인 LPJ로 레이블이 지정되었습니다.프로브 설계에는 원통형 Langmuir 프로브 LP 1개, 양면 Langmuir 프로브(LP 2개), 평면 Langmuir 프로브(LP 3개)가 포함되며, 측면이 세라믹 페이스트로 밀봉된 경계판을 향하고 있으며, 측면이 세라믹 페이스트로 덮인 경계판에서 반대쪽을 향하는 평면형 Langmuir 프로브(LP 4)가 있습니다. Langmuir 프로브와 missive 프로브 전위 측정의 비교가 여기에 나와 있습니다. 4가지 Langmuir 프로브 유형 모두를 missive 프로브 측정과 비교하여 플라즈마 경계 근처, 특히 프리 시스 영역에서 플라즈마 전위를 얼마나 잘 측정하는지 확인했습니다.Langmuir 프로브가 플라즈마 전위를 측정하는 데 사용되는 방식이 정확한 결과를 제공하는지 여부를 결정하기 위해 다양한 프로브 설계를 테스트했습니다. 모든 Langmuir 프로브 측정은 플라즈마 전위의 허용 프로브 측정과 비교되었습니다. 프리 시스(pre sheath)에서 모든 Langmuir 프로브가 측정한 플라즈마 전위는 허용 프로브로 측정한 플라즈마 전위와 다릅니다.그 차이는 피복 가장자리에 가까워질수록 넓어지며 많은 전자 온도의 값으로 성장합니다. 플라즈마의 벌크에서 LP 2에 의한 측정에서 얻은 온도, 밀도, 구매 길이 및 자식 Langmuir 피복 길이와 같은 플라즈마 매개변수가 여기에 표시됩니다. 이러한 매개변수는 평면 Langmuir 프로브의 공칭 피복 두께를 적절하게 추정하는 데 도움이 됩니다.이 프로토콜을 성공적으로 수행하려면 세라믹 페이스트를 건조할 때 모든 기포를 구워야 합니다. 그리고 프로브를 진공 챔버에 넣기 전에 프로브 테이프와 BNC 헤드 사이의 연속성 확인과 프로브 테이프와 프로브 샤프트 사이의 설치 확인을 잊지 마십시오. 정전기 프로브는 플라즈마 파동을 감지 및 발사하여 플라즈마 불안정성의 존재를 측정하고 이중층 및 고체 톤과 같은 플라즈마에서 발견되는 일관된 구조를 매핑하는 데 사용됩니다.

Research

JoVE Journal

Engineering

Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

울트라 낮은 온도에서 각도 - 해결 Photoemission 분광법

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

연구

공학

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

극단적 인 압력과 온도에서 합성 부위 회절

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

작성 및 산화물 나노 구조의 저온 특성

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

어떻게 추가 점화기없이 대기압 마이크로 웨이브 플라즈마 토치를 점화

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

반도체 기술과 호환 저온 탄소 나노 튜브 수직 상호 연결의 제작

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

소설 재료의 저온 Magnetotransport 측정을위한 고급 실험 방법

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

하이 온도 플라즈마 진단으로 사용하기 위해 X 선 영상 크리스탈 분광학 적용

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

Adsorption Device Based on a Langatate Crystal Microbalance for High Temperature High Pressure Gas Adsorption in Zeolite H-ZSM-5

제올라이트 고온 고압의 가스 흡착 용 Langatate 크리스탈 마이크로 밸런스 기준 흡착 기기 H-ZSM-5

We present a high-temperature and high-pressure gas adsorption measurement device based on a high-frequency oscillating microbalance (5 MHz langatate ...

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

대기압 플라즈마 설치 프로그램은 반응성 종 형성을 조사하기

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

단방향 직물에 대한 테스트를 심지 : 모세관 매개 변수의 측정은 액체 복합 성형 공정에서 모세관 압력을 평가하는

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...