Обработка поверхностей плазмой холодного атмосферного давления с помощью COST-Jet

Следуя шагам этого протокола, любой ученый должен быть в состоянии настроить COST-струю, измерить приложенную мощность и подать плазму атмосферного давления, генерируемую в устройстве, на твердую или жидкую подложку воспроизводимым образом. Применение струй COST-jet к образцам, таким как биологические субстраты, позволяет напрямую сравнивать результаты исследований различных групп, а также проводить прямое сравнение между моделированием и экспериментом. При применении к сложным системам, таким как биологические субстраты и жидкости, струи COST-jet могут действительно помочь нам упростить проблему и сосредоточиться на интересной науке.

Перед обработкой подготовьте экспериментальную установку, организовав газоснабжение всеми металлическими газопроводами. Выбирайте регуляторы массового расхода, используемые для подачи подаваемого газа, избегая трубок из ТППЭ или аналогичных пластиковых трубок. Реализуйте смешивание реактивных газов с помощью системы, состоящей из нескольких регуляторов массового расхода.

Для более мелких примесей используйте встречный смесительный блок, чтобы сократить время, необходимое для завершения смешивания. Добавьте клапан между линиями подачи газа и форсункой. Очистите линии подачи газа перед обработкой поверхности, откачав и заправив их примерно три раза.

Добавьте насос в систему и включите его, затем выключите насос и включите подачу газа. Добавьте ловушку с молекулярным ситом или холодную ловушку. Подключите устройство COST-jet к источнику газа и к источнику питания, затем подключите встроенные электрические щупы к осциллографу.

Правильно компенсируйте коммерческий пробник напряжения. Откройте корпус COST-jet, открутив два винта, и подсоедините промышленный щуп напряжения к питаемой медной линии, а также к заземленной части струи. Затем выполните процедуру калибровки датчика.

Подайте небольшое напряжение на COST-jet и настройте переменный конденсатор цепи LC с помощью отвертки, чтобы достичь оптимального соединения. Выполните калибровку напряжения путем сравнения фактического напряжения с измеренным напряжением с помощью линейной регрессии и вычислите калибровочную константу. Снимите коммерческий щуп напряжения и закройте корпус COST-jet.

Снова подайте небольшое напряжение на COST-jet и настройте переменный конденсатор LC-цепи с помощью отвертки, чтобы достичь оптимальной связи. Настройте расход гелия на уровне примерно одного стандартного литра гелия в минуту с помощью контроллеров массового расхода. Откройте клапан между системой подачи газа и COST-струей, затем подайте низкое напряжение на электроды и увеличивайте амплитуду до тех пор, пока плазма не воспламенится.

Дайте установке прогреться в течение примерно 20 минут. Подключите осциллограф для контроля напряжения и тока, подаваемого на COST-jet, к компьютеру. Запустите программное обеспечение COST Power Monitor и переключитесь на панель настроек.

Заполните правильные каналы, подключенные к осциллографу, и калибровочную константу. Выключите поток газа и подайте напряжение, которое находится в типичном диапазоне напряжений, используемых для фактической работы разряда. Перейдите на панель «Развертка» и перейдите к контрольной фазе, пока плазма все еще выключена, нажав кнопку «Найти».

Найдя опорную фазу, снова включите газ. Нажмите кнопку Старт и Пауза, чтобы начать или приостановить электрические измерения. Перед любой обработкой очистите линии подачи газа, установите контрольные параметры и дайте установке некоторое время на прогрев, как описано выше.

Для обработки твердой поверхности выберите расстояние между струей COST-jet и обрабатываемой поверхностью. Начните время обработки либо с включения плазмы, либо с помощью механического затвора. При необходимости проверьте схему течения газа перед мишенью с помощью визуализации Шлирена.

Для обработки жидкости необходимо налить обрабатываемую жидкость в подходящую емкость, учитывая влияние потока газа на поверхность жидкости. Начните лечение. Избегайте скачков давления на поверхности жидкости из-за резкого изменения потока газа, которое может привести к разбрызгиванию жидкости в геометрию нагнетания.

Используйте механический затвор или медленно увеличивайте поток газа. Учитывайте перемешивание жидкости из-за трения между потоком нейтрального газа и поверхностью жидкости. Этот протокол использовался для нанесения струи COST-jet на различные поверхности и жидкости.

Чтобы продемонстрировать надежность устройства, электрическая мощность в гелиевой плазме, генерируемой в пяти различных устройствах COST-jet, измерялась с использованием расхода газа в один стандартный литр в минуту. Здесь каждый цвет представляет одно из устройств. Все устройства демонстрируют схожее поведение с отклонением, возникающим из-за неопределенности измерения мощности и микроскопических различий в настройках.

Профиль травления пленки ACH для трехминутной обработки с помощью струи COST-jet показан здесь. На рисунке показана круглая структура, представляющая цилиндрическую симметрию плазменного стока. Вероятность поверхностных потерь атомарного кислорода может быть оценена на основе профилей травления в сочетании с численным моделированием.

Вихри в жидкости возникают из-за попадания газового потока на поверхность жидкости. Лазерный лист, подсвечивающий индикаторные частицы в жидкости, позволяет наблюдать траекторию и скорость этих частиц с помощью скорости изображения частиц. Также может наблюдаться возникающее углубление поверхности жидкости под газовым каналом плазменной струи.

Наиболее важной частью этого протокола является поддержание максимально воспроизводимой системы. Это делается путем точного измерения мощности, а также очистки линий подачи газа во избежание попадания каких-либо примесей. Используя этот протокол, струя COST-jet может быть применена к любому типу образца воспроизводимым образом.