Name: Construction de sondes de Langmuir et de sondes émissives pour les mesures de potentiel plasma dans les plasmas basse pression et basse température (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-05-25T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 10 s
Description: Apprenez à construire des sondes de Langmuir et émissives pour le diagnostic plasma en utilisant des matériaux courants. Ce protocole détaillé facilite l'accès aux mesures de potentiel plasma.

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Ce travail a été partiellement financé par le département américain de l’énergie (DOE), par le biais de la subvention DE-SC00114226, et la National Science Foundation par les subventions PHY-1464741, PHY-1464838, PHY-1804654 et PHY-1804240
Hommage à Noah Hershkowitz : Noah Hershkowitz a apporté des contributions révolutionnaires à la physique des plasmas tout en gagnant le respect et l’admiration de ses collègues et étudiants, à la fois en tant que scientifique et en tant qu’être humain.  « La physique, a-t-il expliqué un jour, est comme un puzzle qui est vraiment vieux. Toutes les pièces sont usées. Leurs bords sont foirés. Certaines des pièces ont été mal assemblées. Ils s’adaptent en quelque sorte, mais ils ne sont pas vraiment aux bons endroits. Le jeu consiste à les assembler de la bonne manière pour découvrir comment le monde fonctionne.  Il est décédé le 13 novembre 2020, à l’âge de 79 ans.

1. Construire des sondes Langmuir et des sondes émissives pour s’adapter à une chambre à vide
<ol><li>Sonde de Langmuir plane (voir la figure 5 pour plus de détails)<ol><li>Prenez un tube en acier inoxydable de 1/4" de diamètre comme arbre de la sonde et pliez une extrémité à l’angle souhaité de 90°.</li>
		<li>Coupez le côté non plié à une longueur telle que la sonde puisse couvrir axialement plus de la moitié de la longueur de la chambre.</li>
		<li>Montez le côté non plié de l’arbre à travers le tube en laiton à l’aide d’un adaptateur SS-4-UT-A-8 en combinaison avec un raccord de tube union B-810-6.</li>
		<li>Utilisez un tube en laiton de 1/2" s’étendant hors des brides personnalisées à travers une interface B-810-1-OR swagelok pour fournir un support axial à l’arbre de la sonde.</li>
		<li>Connectez l’extrémité non pliée de l’arbre de la sonde au boîtier BNC à l’aide d’un raccord Swagelok B-400-1-OR, comme illustré à la Figure 6.</li>
		<li>Placez le fil de nickel recouvert d’or dans deux tubes d’alumine à alésage unique (1/8 » et 3/16 » de diamètre) avec le plus épais à l’intérieur de la tige de la sonde, comme illustré à la figure 7.</li>
		<li>Souder par points une extrémité du fil de nickel recouvert d’or sur un morceau de fil dénudé, qui est soudé sur la broche du passage BNC à l’extrémité de l’arbre de la sonde.</li>
		<li>Coupez le fil recouvert d’or à la longueur voulue de sorte que le joint avec le fil dénudé s’insère à l’intérieur du tube d’alumine pour éviter les courts-circuits avec l’arbre de la sonde.</li>
		<li>Percer une feuille de tantale pour obtenir une pointe de sonde de Langmuir plane (1/4" de diamètre)</li>
		<li>Soudez par points l’autre extrémité du fil de nickel recouvert d’or sur le bord de la pointe de la sonde et réglez la pointe de la sonde pour qu’elle soit perpendiculaire à l’axe de la plaque limite.</li>
		<li>Positionnez la pointe de la sonde un peu en avant afin que le corps de la sonde ne touche pas la plaque limitaire lors de la prise de mesures à l’intérieur de la gaine.</li>
		<li>Scellez tous les joints avec de la pâte céramique (par exemple, le ciment Sauereisen n° 31) pour isoler les composants du circuit de la sonde du plasma. Utilisez un pistolet thermique pour cuire les joints en céramique pendant 5 à 10 minutes.</li>
		<li>Utilisez un multimètre pour mesurer la résistance entre la pointe de la sonde et le connecteur BNC. Si la continuité est démontrée, la sonde est prête à être placée dans la chambre à vide.</li>
	</ol></li>
	<li>Construction d’une sonde émissive cylindrique (voir Figure 8 pour plus de détails)<ol><li>Suivez l’étape 1.1.1-1.1.4 et répétez deux fois l’étape 1.1.5-1.1.7 sur le même arbre de sonde, à l’exception de l’utilisation d’un tube d’alumine à deux alésages de 1/8 po au lieu d’un tube à alésage unique.</li>
		<li>Coupez le fil de tungstène de 0,025 mm de diamètre à environ 1 cm.</li>
		<li>Souder par points le filament de tungstène sur des fils recouverts d’or.</li>
		<li>Scellez tous les joints avec de la pâte céramique et assurez-vous que la pâte céramique ne pénètre pas sur le filament de tungstène.</li>
		<li>Vérifiez la continuité entre deux extrémités BNC.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Générer du plasma
<ol><li>Allumez le manomètre pour vérifier la pression de base avant d’introduire du gaz dans la chambre. Procédez à la mise à zéro du manomètre baratron si la pression est comprise entre 10 et 6 Torr. Sinon, vérifiez la fuite dans le système. Les positions de la vanne à pointeau et de la valeur d’arrêt sont respectivement ouvertes et fermées.</li>
	<li>Utilisez un tournevis en plastique pour calibrer l’affichage du baratron jusqu’à ce que le nombre oscille entre ±0,01 mTorr.</li>
	<li>Fermez la vanne à pointeau de manière à ce qu’elle soit doucement en position fermée.</li>
	<li>Ouvrez la vanne d’arrêt. Vérifiez qu’il n’y a pas de changement de pression sur la lecture du baratron.</li>
	<li>Tournez lentement le bouton de la vanne à pointeau pour libérer le gaz dans la chambre jusqu’à ce que la pression atteigne l’exigence de l’expérience. La pression de service typique provient de 10-5 ~ 2 x 10-3 Torr. Les gaz de travail comprennent l’argon, le xénon, le krypton, l’oxygène, etc.</li>
	<li>Allumez l’alimentation KEPCO et réglez la tension sur -60 Volts pour fournir suffisamment d’énergie électronique pour la section efficace d’ionisation maximale de l’argon. Allumez l’alimentation de chauffage des filaments et ajustez lentement le niveau jusqu’à ce que le courant de décharge indique la valeur requise. Le courant de décharge a tendance à chuter rapidement dans les premières minutes. Continuez à ajuster le niveau de courant pendant environ 30 minutes jusqu’à ce que la décharge se stabilise</li>
	<li>Connectez l’alimentation en tension à la plaque limiteur et ajustez la polarisation au niveau souhaité.</li>
</ol>3. Prenez des mesures
REMARQUE : les traces I-V pour les sondes Langmuir et les sondes émissives sont acquises par une carte DAQ 16 bits contrôlée par un programme Labview. Les détails ne sont pas présentés ici car différents utilisateurs ont des préférences différentes pour prendre les données. Cependant, il existe un protocole pour l’utilisation des sondes.
<ol><li>Prenez la ligne de charge : obtenez un tracé I-V sans aucune décharge plasma dans la chambre avec toutes les connexions effectuées entre la sonde et son circuit de mesure (voir Figure 9, Figure 10 et Figure 11 pour l’UW-Madison et la configuration USD).</li>
	<li>Sondes Langmuir<ol><li>Nettoyez la pointe de la sonde (cette étape est essentielle, car une sonde propre présente un « genou » plus pointu qu’une sonde sale) en polarisant positivement la sonde pour collecter un grand courant d’électrons.<ol><li>Aspirer un courant à travers la sonde avec une alimentation variable et 50 Ohms à la masse de la machine pour chauffer la pointe afin d’évaporer la couche d’impuretés qui se fixe immédiatement à la surface de la sonde dans le plasma et augmenter la résistivité de surface de la sonde.</li>
			<li>Augmentez lentement la polarisation positivement pour dépasser le potentiel plasma, permettant à la sonde de commencer à tirer le courant de saturation des électrons.</li>
			<li>Continuer à augmenter le potentiel ; Une fois que l’on voit la pointe de la sonde briller en rouge cerise, la sonde est propre. Il est nécessaire d’avoir une vue de la pointe de la sonde dans le plasma à travers une fenêtre sous vide.</li>
			<li>Soyez prudent et vigilant lorsque vous variez le biais de la sonde. Si la sonde devient trop chaude, la pointe de la sonde elle-même pourrait se déformer et des choses pires peuvent se produire, comme la pointe pourrait avoir des trous, elle pourrait s’évaporer, elle pourrait tomber ; les fils pouvaient fondre et perdre leur isolation, et ainsi de suite.</li>
			<li>Fixez la sonde au circuit d’acquisition et de contrôle des données (c’est la partie qui variera d’un laboratoire à l’autre) et procédez au balayage de la tension appliquée à la sonde tout en mesurant simultanément le courant consommé par la sonde. Enregistrez la trace I-V.</li>
		</ol></li>
		<li>Fixez la sonde au circuit d’acquisition et de contrôle des données (c’est la partie qui variera d’un laboratoire à l’autre) et procédez au balayage de la tension appliquée à la sonde tout en mesurant simultanément le courant consommé par la sonde. Enregistrez la trace I-V.</li>
	</ol></li>
	<li>Sondes émissives<ol><li>Répétez l’étape 3.2.2 avec le circuit d’acquisition et de contrôle des données de la sonde émissive.</li>
	</ol></li>
</ol>4. Analyse des données
<ol><li>Sondes de Langmuir (voir Figure 12, Figure 13 pour plus de détails).<ol><li>Soustrayez la ligne de charge de la caractéristique I-V totale.</li>
		<li>Ajustez le courant de saturation ionique et soustrayez-le des caractéristiques I-V restantes.</li>
		<li>Prenez le logarithme naturel du courant et tracez-le par rapport à la tension de la sonde.</li>
		<li>Prenez séparément les ajustements linéaires de la région de transition et du courant de saturation.</li>
		<li>Prenez l’inverse de la pente de la région de transition et obtenez la valeur de la température des électrons.</li>
		<li>Obtenir la densité du plasma en bouchant le courant au croisement où les deux lignes ajustées se croisent dans l’équation 3.</li>
		<li>Appliquez la technique du point d’inflexion à la trace de la sonde de Langmuir et déterminez le potentiel plasmatique.</li>
	</ol></li>
	<li>Sonde émissive (voir figure 2).<ol><li>Répétez les étapes 4.1.1-4.1.2 pour les caractéristiques I-V individuelles, puis lissez chaque trace.</li>
		<li>Différenciez chaque trace I-V et appliquez un lissage approprié.</li>
		<li>Localisez le pic de chaque dI/dV lissé (point d’inflexion).</li>
		<li>Appliquez un ajustement linéaire aux points d’inflexion.</li>
		<li>Obtenez le potentiel plasma en localisant le passage à zéro de la ligne ajustée.</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Godyak, V. A., Alexandrovich, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+analyses+of+plasma+probe+diagnostics+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Comparative analyses of plasma probe diagnostics techniques.</a> Journal of Applied Physics. 118, 233302(2015).</li>
<li>Gurnett, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Cassini+Radio+and+Plasma+wave+investigation%5BTitle%5D)+AND+%22Space+Science+Reviews%22%5BJournal%5D)">The Cassini Radio and Plasma wave investigation.</a> Space Science Reviews. 114, 395-463 (2004).</li>
<li>Olson, J., Brenning, N., Wahlund, J. E., Gunell, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+interpretation+of+Langmuir+probe+data+inside+a+spacecraft+sheath%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">On the interpretation of Langmuir probe data inside a spacecraft sheath.</a> Review of Scientific Instruments. 81, 105106(2010).</li>
<li>Lebreton, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ISL+Langmuir+probe+experiment+processing+onboard+DEMETER%3A+Scientific+objectives%2C+description+and+first+results%5BTitle%5D)+AND+%22Planetary+and+Space+Science%22%5BJournal%5D)">The ISL Langmuir probe experiment processing onboard DEMETER: Scientific objectives, description and first results.</a> Planetary and Space Science. 54, 472-486 (2006).</li>
<li>Godyak, V. A., Piejak, R. B., Alexandrovich, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+electron+energy+distribution+in+low-pressure+RF+discharges%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Sources+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Measurements of electron energy distribution in low-pressure RF discharges.</a> Plasma Sources Science and Technology. 1, 36-58 (1992).</li>
<li>You, K. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+and+computational+investigations+of+the+effect+of+the+electrode+gap+on+capacitively+coupled+radio+frequency+oxygen+discharges%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Plasmas%22%5BJournal%5D)">Experimental and computational investigations of the effect of the electrode gap on capacitively coupled radio frequency oxygen discharges.</a> Physics of Plasmas. 26, 013503(2019).</li>
<li>Sobolewski, M. A., Kim, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+radio-frequency+bias+on+electron+density+in+an+inductively+coupled+plasma+reactor%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">The effects of radio-frequency bias on electron density in an inductively coupled plasma reactor.</a> Journal of Applied Physics. 102 (11), 113302(2007).</li>
<li>Godyak, V. A., Piejak, R. B., Alexandrovich, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+energy+distribution+function+measurements+and+plasma+parameters+in+inductively+coupled+argon+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Sources+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Electron energy distribution function measurements and plasma parameters in inductively coupled argon plasma.</a> Plasma Sources Science and Technology. 11, 525-543 (2002).</li>
<li>Leonard, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+detachment+in+divertor+tokamaks%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Physics+and+Controlled+Fusion%22%5BJournal%5D)">Plasma detachment in divertor tokamaks.</a> Plasma Physics and Controlled Fusion. 60, 044001(2018).</li>
<li>Loarte, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+detachment+in+JET+Mark+I+divertor+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Nuclear+Fusion%22%5BJournal%5D)">Plasma detachment in JET Mark I divertor experiments.</a> Nuclear Fusion. 38, 331-371 (1998).</li>
<li>Matthews, G. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tokamak+plasma+diagnosis+by+electrical+probes%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Physics+and+Controlled+Fusion%22%5BJournal%5D)">Tokamak plasma diagnosis by electrical probes.</a> Plasma Physics and Controlled Fusion. 36, 1595-1628 (1994).</li>
<li>Langmuir, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+pressure+effect+and+other+phenomena+in+gaseous+discharges%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Franklin+Institute%22%5BJournal%5D)">The pressure effect and other phenomena in gaseous discharges.</a> Journal of the Franklin Institute. 196, 751-762 (1923).</li>
<li>Hutchinson, I. H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHutchinson%2C+IH+%22Principles+of+Plasma+Diagnostics.+2nd.+Ed%22">Principles of Plasma Diagnostics. 2nd. Ed</a>. , Cambridge University Press. Cambridge UK. (2002).</li>
<li>Hershkowitz, N. How Langmuir Probes Work. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHershkowitz%2C+N+%22Plasma+Diagnostics+Volume+1+Discharge+Parameters+and+Chemistry%22">Plasma Diagnostics Volume 1 Discharge Parameters and Chemistry</a>. Auciello, N., Flamm, D. L. , Academic Press. Boston. 114(1989).</li>
<li>Lee, H. C., Lee, J. K., Chung, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+of+the+electron+energy+distribution+and+E-H+mode+transition+in+inductively+coupled+nitrogen+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Plasmas%22%5BJournal%5D)">Evolution of the electron energy distribution and E-H mode transition in inductively coupled nitrogen plasma.</a> Physics of Plasmas. 17, 033506(2010).</li>
<li>Amemiya, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmas+with+negative+ions-probe+measurements+and+charge+equilibrium%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+D%3A+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Plasmas with negative ions-probe measurements and charge equilibrium.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 23, 999(1990).</li>
<li>Andreu, J., Sardin, G., Esteve, J., Morenza, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Filament+discharge+plasma+of+argon+with+electrostatic+confinement%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+D%3A+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Filament discharge plasma of argon with electrostatic confinement.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 18, 1339-1345 (1985).</li>
<li>Bohm, D. Minimum Kinetic Energy Requirement for a Stable Sheath. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBohm%2C+D+%22The+Characteristics+of+Electrical+Discharges+in+Magnetic+Fields%22">The Characteristics of Electrical Discharges in Magnetic Fields</a>. Guthrie, A., Wakering, R. K. , McGraw-Hill. (1949).</li>
<li>Chen, F. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChen%2C+FF+%22Introduction+to+Plasma+Physics+and+Controlled+Fusion%2C+3rd+Ed%22">Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, 3rd Ed</a>. , Springer. Switzerland. (2016).</li>
<li>Sheehan, J. P., Hershkowitz, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emissive+probes%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Sources+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Emissive probes.</a> Plasma Sources Science and Technology. 20, 063001(2011).</li>
<li>Barnat, E. V., Laity, G. R., Baalrud, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Response+of+the+plasma+to+the+size+of+an+anode+electrode+biased+near+the+plasma+potential%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Plasmas%22%5BJournal%5D)">Response of the plasma to the size of an anode electrode biased near the plasma potential.</a> Physics of Plasmas. 21, 103512(2014).</li>
<li>Mausbach, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parametrization+of+the+Laframboise+theory+for+cylindrical+Langmuir+probe+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+and+Technology+A%22%5BJournal%5D)">Parametrization of the Laframboise theory for cylindrical Langmuir probe analysis.</a> Journal of Vacuum Science and Technology A. 15, 2923-2929 (1997).</li>
<li>Li, P., Hershkowitz, N., Wackerbarth, E., Severn, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+studies+of+the+difference+between+plasma+potentials+measured+by+Langmuir+probes+and+emissive+probes+in+presheaths%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Sources+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Experimental studies of the difference between plasma potentials measured by Langmuir probes and emissive probes in presheaths.</a> Plasma Sources Science and Technology. 29, 025015(2020).</li>
<li>Goeckner, M. J., Goree, J., Sheridan, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+ion+velocity+and+density+in+the+plasma+sheath%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids+B%3A+Plasma+Physics%22%5BJournal%5D)">Measurements of ion velocity and density in the plasma sheath.</a> Physics of Fluids B: Plasma Physics. 4, 1663(1992).</li>
<li>Lee, D., Hershkowitz, N., Severn, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+Ar%2B+and+Xe%2B+velocities+near+the+sheath+boundary+of+Ar-Xe+plasma+using+two+diode+lasers%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Measurements of Ar+ and Xe+ velocities near the sheath boundary of Ar-Xe plasma using two diode lasers.</a> Applied Physics Letters. 91, 041505(2007).</li>
<li>Yan, S., Kamal, H., Amundson, J., Hershkowitz, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+emissive+probes+in+high+pressure+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Use of emissive probes in high pressure plasma.</a> Review of Scientific Instruments. 67 (12), 4130-4137 (1996).</li>
<li>Smith, J. R., Hershkowitz, N., Coakley, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inflection-point+method+of+interpreting+emissive+probe+characteristics%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Inflection-point method of interpreting emissive probe characteristics.</a> Review of Scientific Instruments. 50, 210-218 (1979).</li>
<li>Campanell, M. D., Umansky, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strongly+Emitting+Surfaces+Unable+to+Float+below+Plasma+Potential%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Strongly Emitting Surfaces Unable to Float below Plasma Potential.</a> Physical Review Letters. 116, 085003(2016).</li>
<li>Kraus, B. F., Raitses, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Floating+potential+of+emitting+surfaces+in+plasmas+with+respect+to+the+space+potential%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Plasmas%22%5BJournal%5D)">Floating potential of emitting surfaces in plasmas with respect to the space potential.</a> Physics of Plasmas. 25, 030701(2018).</li>
<li>Yip, C. -S., Jin, C., Zhang, W., Xu, G. S., Hershkowitz, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+investigation+of+sheath+effects+on+I-V+traces+of+strongly+electron+emitting+probes%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Sources+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Experimental investigation of sheath effects on I-V traces of strongly electron emitting probes.</a> Plasma Sources Science and Technology. 29, 025025(2020).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Les sondes de Langmuir sont utilisées pour mesurer le flux de particules dans une gamme extraordinairement large de densités et de températures de plasma, des plasmas spatiaux dans lesquels la densité électronique n’est que de quelques particules 106 m-3 à la région de bord des plasmas de fusion où la densité électronique est plutôt de quelques fois 1020 m-3. De plus, des températures d’électrons comprises entre 0,1 et quelques centaines d’eV ont été diagnostiquées avec des son...

Au cours de ce premier siècle de recherche en physique des plasmas, datant des découvertes de Langmuir dans les années 1920 sur le comportement semblable à celui d’un milieu d’un nouvel état de la matière, le plasma, la sonde Langmuir s’est avérée avoir été le diagnostic le plus important des paramètres du plasma. Cela est vrai en partie, en raison de son extraordinaire champ d’application1. Dans le plasma rencontré par les satellites 2,3,4, dans les expériences de traitement des semi-conducteurs,5,6,7,8 sur les bords du plasma confiné dans les tokamaks,9,10,11 et dans un large éventail d’expériences de physique des plasmas de base, les sondes de Langmuir ont été utilisées pour mesurer les densités et les températures du plasma dans les gammes 10 8≤ n e≤1019 m-3 et 10-3≤Te≤102eV , respectivement. Simultanément, dans les années 1920, il a inventé la sonde qui porte son nom et la sonde émissive12. La sonde émissive est maintenant principalement utilisée comme diagnostic du potentiel plasmatique. Bien qu’il ne puisse pas mesurer l’étendue des paramètres du plasma que la sonde Langmuir peut mesurer, il s’agit également d’un diagnostic d’une grande utilité lorsqu’il s’agit de mesurer le potentiel du plasma, ou, comme on l’appelle parfois, le potentiel d’espace électrostatique. Par exemple, la sonde émissive peut mesurer avec précision les potentiels d’espace même dans le vide, où les sondes de Langmuir sont incapables de mesurer quoi que ce soit.
La configuration de base de la sonde Langmuir consiste à mettre une électrode dans le plasma et à mesurer le courant collecté. Les caractéristiques courant-tension (I-V) résultantes peuvent être utilisées pour interpréter les paramètres du plasma tels que la température des électrons Te, la densité électronique ne et le potentiel plasma φ13. Pour un plasma maxwellien, la relation entre le courant électronique collecté Ie (considéré comme positif) et le biais de la sonde VB peut être exprimée comme14 :
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ1v2.jpg">
où Ie0 est le courant de saturation des électrons,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ2v2.jpg">
et où S est la zone collectrice de la sonde, <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ09.jpg"> est la densité électronique en vrac, e est la charge des électrons, Te est la température des électrons, me est la masse des électrons. La relation théorique des caractéristiques I-V pour le courant électronique est illustrée de deux manières dans la figure 1A et la figure 1B. Notez que l’équation (1a,b) ne s’applique qu’aux électrons en vrac. Cependant, les courants de sonde de Langmuir peuvent détecter des flux de particules chargées, et des ajustements doivent être effectués en présence d’électrons primaires, de faisceaux d’électrons, de faisceaux d’ions, etc. Voir Hershkowitz14 pour plus de détails.
La discussion ici aborde le cas idéal des fonctions maxwelliennes de distribution d’énergie électronique (EEDF). Bien sûr, il y a de nombreuses circonstances dans lesquelles les non-idéalités surgissent, mais elles ne sont pas le sujet de ce travail. Par exemple, dans les systèmes de gravure et de plasma de dépôt de matériaux, généralement générés et soutenus par RF, il existe des matières premières de gaz moléculaires qui produisent des radicaux chimiques volatils dans le plasma et de multiples espèces d’ions, y compris des ions chargés négativement. Le plasma devient électronégatif, c’est-à-dire qu’il a une fraction importante de la charge négative dans le plasma quasi-neutre sous forme d’ions négatifs. Dans le plasma avec des neutres moléculaires et des ions, les collisions inélastiques entre les électrons et les espèces moléculaires peuvent produire des creux15 dans les caractéristiques courant-tension, et la présence d’ions négatifs froids, froids par rapport aux électrons, peut produire des distorsions significatives16 au voisinage du potentiel plasmatique, qui sont bien sûr toutes des caractéristiques non maxwelliennes. Nous avons poursuivi les expériences dans le cadre des travaux discutés dans cet article dans un plasma à décharge CC de gaz noble (argon) d’une seule espèce ionique, exempt de ce type d’effets non maxwelliens. Cependant, un EEDF bi-maxwellien se trouve généralement dans ces décharges, causé par la présence d’une émission d’électrons secondaires17 des parois de la chambre. Cette composante des électrons plus chauds est généralement quelques multiples de la température des électrons froids et moins de 1 % de la densité, généralement facilement distinguée de la densité et de la température des électrons bruts.
Lorsque VB devient plus négatif que φ, les électrons sont partiellement repoussés par le potentiel négatif de la surface de la sonde, et la pente de ln(Ie) vs. VB est e/Te, c’est-à-dire. 1/TeV où TeV est la température des électrons en eV, comme le montre la figure 1B. Une fois que TeV est déterminé, la densité plasmatique peut être calculée comme suit :
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ3v2.jpg">
Le courant ionique est dérivé différemment du courant électronique. Les ions sont supposés être « froids » en raison de leur masse relativement grande, Mi &gt;&gt; me, par rapport à celle de l’électron, ainsi, dans un plasma faiblement ionisé, les ions sont en assez bon équilibre thermique avec les atomes de gaz neutres, qui sont à la température de la paroi. Les ions sont repoussés par la gaine de la sonde si VB ≥ φ et collectés si VB &lt; φ. Le courant ionique collecté est approximativement constant pour les sondes polarisées négativement, tandis que le flux d’électrons vers la sonde diminue pour les tensions de polarisation de la sonde plus négatives que le potentiel plasma. Comme le courant de saturation des électrons est beaucoup plus grand que le courant de saturation des ions, le courant total collecté par la sonde diminue. Comme la polarisation de la sonde devient de plus en plus négative, la baisse du courant collecté est grande ou faible selon que la température des électrons est froide ou chaude, comme décrit ci-dessus dans l’équation (1a). L’équation du courant ionique dans cette approximation est :
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ4v2.jpg">
où
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ5v2.jpg">
et
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ6v2.jpg">
Nous notons que le flux d’ions constant collecté par la sonde dépasse le flux d’ions thermiques aléatoires en raison de l’accélération le long de la prégaine de la sonde et que les ions atteignent donc le bord de la gaine de la sonde à la vitesse de Bohm18, uB, plutôt qu’à la vitesse thermique des ions19. Et les ions ont une densité égale aux électrons puisque la prégaine est quasi neutre. En comparant le courant de saturation des ions et des électrons dans les équations 5 et 2, nous observons que la contribution des ions au courant de la sonde est inférieure à celle des électrons d’un facteur de <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ10.jpg">. Ce facteur est d’environ 108 dans le cas du plasma d’argon.
Il existe un point de transition net où le courant électronique passe d’exponentiel à une constante, connue sous le nom de « genou ». La polarisation de la sonde au niveau du genou peut être estimée comme le potentiel plasmatique. Dans l’expérience réelle, ce genou n’est jamais pointu, mais arrondi en raison de l’effet de charge spatiale de la sonde, c’est-à-dire de l’expansion de la gaine entourant la sonde, ainsi que de la contamination de la sonde, et du bruit du plasma13.
La technique de la sonde de Langmuir est basée sur le courant de collecte, tandis que la technique de la sonde émissive est basée sur l’émission de courant. Les sondes émissives ne mesurent ni la température ni la densité. Au lieu de cela, ils fournissent des mesures précises du potentiel plasma et peuvent fonctionner dans diverses situations en raison du fait qu’ils sont insensibles aux flux de plasma. Les théories et l’utilisation des sondes émissives sont discutées en détail dans la revue thématique de Sheehan et Hershkowitz20, et les références qui y figurent.
Pour une densité de plasma de 1011 ≤ ne ≤ 1018 m-3, la technique du point d’inflexion dans la limite d’émission nulle est recommandée, ce qui signifie prendre une série de traces I-V, chacune avec des courants de chauffage de filament différents, en trouvant la tension de polarisation du point d’inflexion pour chaque trace I-V, et extrapoler les points d’inflexion à la limite d’émission nulle pour obtenir le potentiel plasma, comme le montre la figure 2.
Il est courant de supposer que les techniques de Langmuir et de sonde émissive s’accordent dans le plasma quasi-neutre, mais ne sont pas d’accord dans la gaine, la région du plasma en contact avec la frontière dans laquelle la charge d’espace apparaît. L’étude se concentre sur le potentiel du plasma près des limites du plasma, dans le plasma à basse température et à basse pression dans le but de tester cette hypothèse commune. Pour comparer les mesures de potentiel de la sonde de Langmuir et de la sonde émissive, le potentiel du plasma est également déterminé en appliquant la technique du point d’inflexion à la sonde de Langmuir I-V, comme le montre la figure 3. Il est généralement admis1 que le potentiel plasma est déterminé en trouvant la tension de polarisation de la sonde à laquelle la dérivée seconde du courant collecté se différencie par rapport à la tension de polarisation, <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ11.jpg">c’est-à-dire le pic de la courbe dI/dV , par rapport à la tension de polarisation de la sonde. La figure 3 montre comment ce maximum en dI/dV, le point d’inflexion de la caractéristique courant-tension, est trouvé.
Les sondes de Langmuir (collectrices) et les sondes émissives (émettrices) ont des caractéristiques I-V différentes, qui dépendent également de la géométrie de la pointe de la sonde, comme le montre la figure 4. L’effet de charge spatiale de la sonde doit être pris en compte avant la fabrication de la sonde. Dans les expériences, pour les sondes planes de Langmuir, nous avons utilisé un disque de tantale planaire de 1/4". Nous pouvions collecter plus de courant et obtenir des signaux plus gros avec un disque plus grand. Cependant, pour que les analyses ci-dessus s’appliquent, l’aire de la sonde, Ap doit être maintenue plus petite que l’aire de perte d’électrons de la chambre, Aw, satisfaisant21 l’inégalité <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ12.jpg">. Pour la sonde cylindrique Langmuir, nous avons utilisé un fil de tungstène de 0,025 mm d’épaisseur et 1 cm de long pour la sonde cylindrique Langmuir et une épaisseur identique pour le fil de tungstène pour la sonde émissive. Il est important de noter que pour les sondes cylindriques de Langmuir, pour les paramètres plasma de ces expériences, le rayon de la pointe de la sonde, rp, est beaucoup plus petit que sa longueur, Lp, et plus petit que la longueur de Debye, λD ; c’est-à-dire <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ13.jpg">, et <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ14.jpg">. Dans cette gamme de paramètres, en appliquant la théorie du mouvement orbital limité et son développement par Laframboise22 pour le cas des électrons et des ions thermiques, nous constatons que pour des tensions de polarisation de sonde égales ou supérieures au potentiel plasma, le courant électronique collecté peut être paramétré par une fonction de la forme <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ15.jpg">, où l’exposant <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ16.jpg">. Le point important ici est que pour les valeurs de cet exposant inférieures à l’unité, la méthode du point d’inflexion pour déterminer le potentiel plasmatique, telle que décrite dans le paragraphe ci-dessus, s’applique également aux sondes de Langmuir cylindriques.

<table><tbody><tr><td>Fil de tungstène de 0,001 po d’épaisseur</td><td>Midwest Tungsten Service</td><td>0,001 po</td> <td>Filament de sonde émissive Feuille</td></tr> de <tr><td>tantale de 0,005 po d’épaisseur</td><td>Midwest Tungsten Service</td><td>0,005 po</td> <td>Filament chauffant pour générer du plasma</td></tr><tr><td>Tube de soutien en laiton 1/2 po Ensemble</td><td></td><td></td><td></td></tr> de <tr><td>viroles en laiton 1/4 po Swagelok</td><td></td><td>B-400-SET</td><td>Interface entre l’arbre de la sonde en acier inoxydable et le raccord de tube swagelok</td></tr><tr><td>1/4 » OD 304 ou 315 Tube en acier inoxydable</td><td>Swagelok</td><td>SS-T4-S-035-20</td><td>Utilisé pour fabriquer l’arbre de la sonde, commander sans soudure, vendu en longueurs de 20' Tubes</td></tr><tr><td>en alumine</td><td>COORSTEK</td><td>65655, alésage simple 0,156 » OD 0,094 ID</td><td>Alésage simple, alésage double, alésage quadruple, utilisation comme structure de support pour les sondes émissives et Langmuir entre la pointe de la sonde et l’arbre</td></tr><tr><td>Manomètre Baratron</td><td>MKS</td><td>Type 127</td><td>Affichage de la pression lorsqu’il y a du gaz qui s’écoule dans la chambre</td></tr><tr><td>Raccord de tube Swagelok en laiton</td><td>Swagelok</td><td>B-400-1-OR</td><td>Raccords de tube utilisés sur la</td></tr><tr><td>sonde Raccord de tube</td><td>Swagelok</td><td>B-810-6</td><td>Raccords de tube utilisés sur la</td></tr><tr><td>sonde Raccord de tube Swagelok</td><td></td><td>B-810-1-OR</td><td> sonde</td></tr><tr><td>Liquide céramique</td><td>Sauereisen</td><td>n° 31 Mélange de liquide d’encapsulation en céramique</td> avec <td>puissance de ciment n° 31 pour fabriquer la pâte céramique</td></tr><tr><td>Poudre de ciment</td><td>Sauereisen</td><td>n° 31 Off-White</td><td>Il existe des ciments Saureisen qui durcissent à l’eau, par exemple la poudre n° 10</td></tr><tr><td>Fil de nickel plaqué or</td><td>SYLVANIA ELECTRIC PRODUCT</td><td></td><td>soudé par soudure à la pointe de la sonde pour fournir des supports</td></tr><tr><td>Contrôleur de jauge</td> ionique <td>Granville-Phillips</td><td>270 Contrôleur de jauge</td><td>Chauffer la jauge ionique et afficher la pression à l’intérieur de la chambre</td></tr><tr><td>Pompe mécanique</td><td>Leybold D60 D60AC</td><td>D60 D60AC</td><td>Réduire la pression à ~10 mTorr puis servir de pompe primaire pour la</td></tr><tr><td>vanne à pointeau</td> de pompe turbo <td>Whitey</td><td>SS-22RS4</td><td>Dosage Micro-aiguille Vanne micrométrique Tube 1/4" Raccords Swagelok</td></tr><tr><td>Alimentation électrique</td><td>Kepco</td><td>ATE 100-10M</td><td>Tension Alimentation en polarisation du filament chauffant</td></tr><tr><td>Alimentation en énergie</td><td>Sorensen</td><td>DCR 20-115B</td><td>Alimentation en chauffage de la vanne d’arrêt du filament chauffant</td></tr><tr><td></td><td>Kurt J. Lesker</td><td>Nupro SS-4BK</td><td>Poignée de bouton, pour tube 1/4", raccords swagelok</td></tr><tr><td>Raccord à vide Ultra-Torr en acier inoxydable</td><td>Swagelok</td><td>SS-4-UT-A-8</td><td>Raccords de tube utilisés sur la sonde</td></tr><tr><td>Fil revêtu de téflon</td><td>Geyer Systems</td><td>P31546</td><td>Connecter le fil recouvert d’or à la broche BNC</td></tr><tr><td>Pompe turbo</td><td>PFEIFFER</td><td>TPH 240 C</td><td>Réduire la pression à 1E-6 Torr</td></tr><tr><td>Graisse sous vide</td><td>APIEZON</td><td>L Ultra High Vacuum Grade Graisse sous vide</td><td>Graisse sous vide utilisée pour lubrifier le joint torique</td></tr><tr><td>Viton</td><td>Grainger</td><td>#031</td><td>Round #031 Medium Hard Viton O-Ring, 1.739" I.D., 1.879 » O.D</td></tr><tr><td>Viton Orings</td><td>Grainger</td><td>#010</td><td>Rond #010 Medium Hard Viton O-Ring, 0.239 » I.D., 0.379"O.D</td></tr></tbody></table>

construction de sondes de langmuir et de sondes émissives pour les mesures de potentiel plasma dans les plasmas basse pression et basse température

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

Les sondes de Langmuir sont utilisées depuis longtemps dans la recherche expérimentale en physique des plasmas comme principal diagnostic des flux de particules (c’est-à-dire les flux d’électrons et d’ions) et de leurs concentrations spatiales locales, des températures des électrons et des mesures du potentiel électrostatique du plasma, depuis leur invention par Langmuir au début des années 1920. Les sondes émissives sont utilisées pour mesurer les potentiels plasma. Les protocoles présentés dans ce travail servent à démontrer comment ces sondes peuvent être construites pour être utilisées dans une chambre à vide dans laquelle une décharge de plasma peut être confinée et maintenue. Cela implique des techniques de vide pour construire ce qui est essentiellement un passage électrique, rotatif et traduisible. Certes, des systèmes complets de sondes Langmuir peuvent être achetés, mais ils peuvent également être construits par l’utilisateur avec des économies considérables, et en même temps être plus directement adaptés à leur utilisation dans une expérience particulière. Nous décrivons l’utilisation des sondes de Langmuir et des sondes émissives pour cartographier le potentiel du plasma électrostatique du corps du plasma jusqu’à la région de la gaine d’une limite de plasma, qui dans ces expériences est créée par une électrode à polarisation négative immergée dans le plasma, afin de comparer les deux techniques de diagnostic et d’évaluer leurs avantages et faiblesses relatifs. Bien que les sondes de Langmuir aient l’avantage de mesurer la densité du plasma et la température des électrons avec la plus grande précision, les sondes émissives peuvent mesurer les potentiels du plasma électrostatique avec plus de précision dans tout le plasma, jusqu’à la région de la gaine incluse.

Les sondes de Langmuir, connues pour être sensibles aux écoulements et à l’énergie cinétique des particules qu’elles collectent, ont jusqu’à présent été considérées comme permettant une mesure valide du potentiel plasmatique, sauf dans les gaines. Mais des comparaisons directes des potentiels plasma mesurés par les sondes de Langmuir et les sondes émissives ont démontré que dans la région de la prégaine quasi-neutre du plasma immédiatement en contact avec la gaine du côté du plasma, les sondes de Langmuir ne fournissent ...

L’objectif principal de ce travail est de permettre aux groupes de recherche peu familiers avec les sondes de Langmuir et les sondes émissives de les utiliser plus facilement comme diagnostics plasmatiques, en particulier près des limites du plasma. Pour ce faire, nous montrons comment construire les sondes à partir de matériaux et de fournitures facilement disponibles.

Construction de sondes de Langmuir et de sondes émissives pour les mesures de potentiel plasma dans les plasmas basse pression et basse température

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

Nous fournissons un protocole étape par étape sur la façon de fabriquer des sondes Langmuir et des sondes émissives en utilisant du matériel de laboratoire facilement disponible pour les chercheurs qui souhaitent se construire eux-mêmes. L’utilisation de matériaux facilement disponibles en laboratoire rend moins cher et plus facile la construction et la maintenance des sondes électrostatiques pour le diagnostic plasma, et rend le système plus adaptable à différents environnements de laboratoire. L’interface de vide utilisée dans notre protocole de construction peut également être utilisée comme méthode de passage pour d’autres appareils basse pression.Lors de l’exécution de ce protocole, les techniques de vide, le contrôle de la continuité électrique, le durcissement de la pâte céramique et la gestion de la fragilité de la sonde peuvent sembler difficiles au début. Commencez par construire les sondes de Langmuire. Prenez un tube en acier inoxydable d’un quart de pouce de diamètre comme arbre de sonde.Coupez le tube de manière à ce que la sonde puisse couvrir axialement plus de la moitié de la longueur de la chambre. Montez le côté non plié de l’arbre à travers un tube en laiton à l’aide d’un adaptateur SS-4-UT-A-8 en combinaison avec un raccord de tube union B-810-6. Utilisez un tube en laiton d’un demi-pouce s’étendant hors des brides personnalisées à travers une interface B-810-1 OU Swagelok pour fournir un support axial à l’arbre de la sonde.Connectez l’extrémité non pliée de l’arbre de la sonde au boîtier BNC via un raccord B-400-1 OU Swagelok. Placez le fil de nickel recouvert d’or dans deux tubes d’alumine à alésage unique, en ajustant le tube le plus épais à l’intérieur de la tige de la sonde. Souder par points une extrémité de fil de nickel recouvert d’or sur un morceau de fil dénudé, qui est soudé sur le stylo de l’alimentation BNC, à l’extrémité de la tige de la sonde.Ensuite, coupez le fil recouvert d’or de manière à ce que le joint avec le fil dénudé s’insère à l’intérieur du tube d’alumine pour éviter les courts-circuits avec l’arbre de la sonde. Percez une feuille de tantale pour faire une pointe de sonde Langmuir de raboteuse d’un quart de pouce et soudez par points à l’autre extrémité du fil de nickel recouvert d’or sur le bord de la pointe, en plaçant la pointe de la sonde perpendiculairement à l’axe de la plaque limite. Positionnez la pointe de la sonde légèrement vers l’avant afin que le corps de la sonde ne touche pas la plaque limite, tout en prenant des mesures à l’intérieur de la gaine.Scellez tous les joints avec de la pâte céramique pour isoler les composants du circuit de la sonde du plasma et utilisez un hauban chauffant pour cuire les joints en céramique pendant cinq à 10 minutes. Utilisez un multimètre pour mesurer la résistance entre la pointe de la sonde et le connecteur BNC. Si la continuité est démontrée, la sonde est prête à être placée dans la chambre à vide.Pour construire une sonde admissive cylindrique, suivez la procédure décrite précédemment, à l’exception de l’utilisation d’un tube en aluminium à deux alésages d’un huitième de pouce au lieu d’un tube à alésage unique. Coupez le fil de tungstène de 0,025 millimètre de diamètre à environ un centimètre et soudez par points le filament de tungstène sur des fils recouverts d’or. Scellez les joints alt avec de la pâte céramique, en vous assurant que la pâte ne pénètre pas sur le filament de tungstène.Vérifiez la continuité entre les deux extrémités BNC. Allumez le manomètre pour vérifier la pression de base avant d’introduire du gaz dans la chambre. Sinon, vérifiez s’il y a des fuites dans le système.Utilisez le stylet pour calibrer l’affichage du baratron jusqu’à ce que le nombre oscille entre plus ou moins 0,01 millitorr. Assurez-vous que la vanne à pointeau est en position fermée. Ouvrez ensuite la vanne d’arrêt et vérifiez qu’il n’y a pas de changement de pression sur la lecture du baratron.Tournez lentement le bouton de la vanne à pointeau pour libérer le gaz dans la chambre jusqu’à ce que la pression requise soit atteinte. Allumez l’alimentation électrique et réglez la tension sur moins 60 volts pour fournir suffisamment d’énergie électronique pour la section efficace d’ionisation maximale d’Argonne. Ensuite, allumez l’alimentation de chauffage des filaments et ajustez lentement le niveau jusqu’à ce que le courant de décharge indique la valeur requise.Connectez l’alimentation en tension à la plaque limite, et ajustez la polarisation au niveau souhaité. Procédez ensuite à la mesure. Fixez la sonde au circuit d’acquisition et de contrôle des données et procédez au balayage de la tension appliquée à la sonde tout en mesurant simultanément le courant consommé par la sonde.Enregistrez la trace de tension actuelle. Répétez l’acquisition de données avec les sondes admissives, l’acquisition de données et le circuit de contrôle. Les sondes de Langmuir ont été construites dans quatre configurations différentes et ont été étiquetées LPJ, J étant un entier de un à quatre.Les conceptions de sondes comprenaient la sonde cylindrique Langmuir LP un, la sonde Langmuir double face, LP deux, la sonde Langmuir raboteuse, LP trois, avec le côté face à la plaque limite scellée par de la pâte céramique, et la sonde Langmuir plane, LP 4, avec le côté opposé à la plaque limite recouverte de pâte céramique. La comparaison entre les mesures de potentiel de la sonde de Langmuir et d’une sonde missive est présentée ici. Les quatre types de sondes de Langmuir ont été comparés à des mesures de sonde missive pour déterminer dans quelle mesure ils mesurent les potentiels plasmatiques près des limites du plasma, en particulier dans la région de la pré-gaine.Différents modèles de sondes ont été testés pour déterminer si la façon dont les sondes Langmuir sont utilisées pour mesurer les potentiels du plasma donne des résultats précis. Toutes les mesures de la sonde de Langmuir ont été comparées aux mesures de sonde admissive du potentiel plasmatique. Dans la pré-gaine, tous les potentiels plasma mesurés par la sonde de Langmuir diffèrent de ceux mesurés par les sondes admissives.La différence s’élargit à mesure que l’on se rapproche du bord de la gaine, atteignant une valeur de plusieurs températures d’électrons. Les paramètres du plasma tels que la température, la densité, les longueurs d’achat et les longueurs de gaine de Langmuir pour enfants obtenues à partir des mesures par LP deux dans la majeure partie du plasma sont présentés ici. Ces paramètres permettent d’établir de bonnes estimations de l’épaisseur nominale de la gaine pour les sondes planes de Langmuir.Pour réussir ce protocole, faites cuire toutes les bulles d’air lors du séchage de la pâte céramique. Et avant de mettre la sonde dans la chambre à vide, n’oubliez pas de faire le contrôle de continuité entre le ruban de sonde et la tête BNC, ainsi que le contrôle d’installation entre le ruban de sonde et l’arbre de la sonde. Les sondes électrostatiques sont utilisées pour détecter et lancer les ondes de plasma afin de mesurer la présence d’instabilités du plasma et de cartographier la structure cohérente trouvée dans le plasma, comme les doubles couches et les tonnes solides.

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Construction de sondes de Langmuir et de sondes émissives pour les mesures de potentiel plasma dans les plasmas basse pression et basse température (Vidéo) | JoVE Journal

Construction de sondes de Langmuir et de sondes émissives pour les mesures de potentiel plasma dans les plasmas basse pression et basse température

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