郎穆?tīng)柼结樀蜏氐蛪旱入x子體診斷

2014-01-04 王曉冬 東北大學(xué)真空與流體工程研究所

　　基于OrbitalMotionLimit(OML)離子收集理論，建立了等離子體參數與朗繆爾探針電流、電壓之間的函數關(guān)系。將MATLAB作為編程工具，編制計算程序，采用多重濾波方法消除朗繆爾探針對等離子體產(chǎn)生的干擾。分析不同濾波方法對探針電流、電子電流、電子電流的一階和二階微分等朗繆爾探針診斷數據濾波的影響，與自行設計的數字實(shí)驗結果進(jìn)行對比，選擇最優(yōu)濾波方法，以提高朗繆爾探針的診斷精度。

　　等離子體包含電子、離子及中性粒子，電子帶電總量與離子帶電總量基本相等，對外表現為宏觀(guān)的準電中性，等離子體內部，粒子之間存在相互作用，具有導電的特性，對電場(chǎng)及磁場(chǎng)有較強的響應特性。等離子體內部粒子非�；钴S，適合于進(jìn)行能量轉換并參與化學(xué)反應。

　　低溫等離子體技術(shù)是刻蝕、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積制備薄膜工藝中的基本環(huán)境。由于放電方式、氣體種類(lèi)、壓強、功率不同，等離子體的粒子種類(lèi)、密度及能量(溫度)、電位不同，隨時(shí)間、空間變化的等離子體的微觀(guān)參數，如電子、離子的能量、密度等是研究等離子體特性的基礎，影響到薄膜的附著(zhù)力、薄膜均勻性等。

　　Langmuir探針具有結構簡(jiǎn)單、可寬范圍測定等離子體參數等優(yōu)點(diǎn)，是等離子體測定的重要方法，得到研究者的普遍重視。Langmuir探針作為接觸式診斷方法在診斷等離子體時(shí)會(huì )對等離子體產(chǎn)生干擾，需要對檢測數據進(jìn)行降噪處理，當探針電位Vp處于懸浮電位與等離子體空間電位之間時(shí)，探針收集到的電流Ip是電子電流Ie與離子電流Ii的總和，要將電子電流與離子電流從探針電流中分離開(kāi)來(lái)，需采用離子收集理論，以獲得準確的測量結果。本文基于OrbitalMotionLimit(OML)離子收集理論確定探針電壓、電流與等離子體狀態(tài)參數的函數關(guān)系，應用自編Matlab程序對探針檢測數據進(jìn)行多重濾波處理，得到的結果與實(shí)驗進(jìn)行比較，期望提高探針的檢測精度。

　　結論

　　(1)以OML離子收集理論為核心，建立了等離子體參數：電子能量分布函數、電子平均能量、電子平均速度、電子溫度、電子密度與朗繆爾探針電流、電壓之間的函數關(guān)系，可作為L(cháng)angmuir探針對等離子體診斷的理論基礎。

　　(2)基于METLAB，編制了多重濾波程序。不同濾波方法對大量數據的處理結果表明：采用多種濾波方法相互搭配使用能夠獲得較好的濾波效果。

　　(3)針對4096個(gè)數據長(cháng)度的Langmuir探針原始電流數據，采用6階數據窗口長(cháng)度為391的Savitzky-Golay濾波進(jìn)行整體濾波，采用窗口長(cháng)度為1701的滑動(dòng)窗式中值濾波、窗口長(cháng)度為131的防脈沖干擾平均值濾波進(jìn)行后續數據處理，可以得到平滑的IV濾波曲線(xiàn)，與理想I-V曲線(xiàn)數據之間均方差為0.0169，相關(guān)系數為0.9994。