METHOD FOR DYNAMIC CONTROL OF NEUTRAL ATOM DENSITY IN A PLASMA CHAMBER

METODA ZA DINAMIČNO NADZOROVANJE GOSTOTE NEVTRALNIH ATOMOV V PLAZEMSKI KOMORI

Gregor Primc

Jožef Stefan Institute, Department F4, Jamova 39, 1000 Ljubljana, Slovenia

gregor.primc@ijs.si

Prejem rokopisa – received: 2011-05-24; sprejem za objavo – accepted for publication: 2011-07-19

Systematic measurements of neutral oxygen atoms under various conditions and with the presence of a special active element (recombinator) were performed. Measurements of oxygen atoms will be used for future work on the regulation and dynamic control of neutral oxygen atoms. The experiment was performed in an experimental plasma reactor with a main and a side tube made from borosilicate glass. The neutral atom density was measured by a nickel-fiber-optic catalytic probe at a fixed position in the side tube. It has been found out that the density of neutral oxygen atoms depended both on the pressure of the oxygen gas and excitation power, but mostly on the presence and the position of the recombinator. The measured densities were of the order of 1021 m-3, which is a characteristic value in glass discharge chambers. Such orders of density suffice for the processing of organic materials. The problem with organic materials is that interaction with oxygen atoms heats the material. Therefore, it is often necessary to decrease the atom density as soon as possible. As it is described in this paper we achieved the decrease in the atom density by using a movable recombinator. The recombinator has enabled us to select the appropriate atom density without having to change the discharge parameters.

Keywords: weak ionized plasma, oxygen plasma, fiber-optic catalytic probe, active control, neutral atom, atom source

Ob spreminjanju različnih parametrov in ob priostnosti aktivnega elementa (rekombinatorja) smo opravili sistematične meritve. Meritve bodo osnova za prihodnje delo na regulaciji in dinamičnem nadzoru nevtralnih kisikovih atomov. Za eksperiment smo uporabili eksperimentalni plazemski reaktor z glavno in stransko cevjo iz borosilikatnega stekla. Z nikljevo optično katalitično sondo na fiksnem položaju v stranski cevi, smo merili gostoto nevtralnih atomov. Ugotovili smo, da je gostota kisikovih atomov odvisna tako od tlaka, kot od vzbujevalne moči RF generatorja, predvsem pa od prisotnosti in položaja samega rekombinatorja. Gostote dosežene v eksperimentalnem reaktorju so bile reda velikosti 1021 m–3, kar je značilna vrednost pri razelektritvi v stekleni cevi. Izmerjene gostote atomov so primerne za obdelavo organskih materialov. Obdelavo v plazmi spremljata dva procesa. Koristno prestrukturiranje površine vzorca, ki je bil izpostavljen plazmi, in nezaželeno segrevanje vzorca. Ravno zaradi segrevanja je pomembno poznavanje gostote kisikovih atomov, saj lahko previsoke koncentracije povzročijo uničenje vzorca. Kot je opisano v tem delu, nam je zmanjšanje gostote atomov uspelo doseči z uporabo rekombinatorja. Izkazalo se je, da lahko z rekombinatorji izberemo primerno gostoto atomov neodvisno od razelektritvenih parametrov, kar je še posebej pomembno pri obdelavi materialov v plazmi.

Ključne besede: šibko ionizirana plazma, kisikova plazma, optična katalitična sonda, dinamični nadzor, nevtralni atomi, vir atomov