Quantitative measurements of oxygen atom and negative ion densities in a low pressure oxygen plasma by cavity ringdown spectroscopy
Quantitative measurements of oxygen atom and negative ion densities in a low pressure oxygen plasma by cavity ringdown spectroscopy
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通过腔衰荡光谱法定量测量低压氧等离子体中的氧原子和负离子密度
DOI：
10.1088/1361-6595/ab7840
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发表时间：
2020
影响因子：
3.8
通讯作者：
Peverall R
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Peverall R
在本文中，我们报告了低压（≤ 100 mTorr）感应耦合氧等离子体中产生的基态氧原子绝对浓度的测量结果。这些实验利用腔衰荡光谱，允许在 630 nm 附近的光学禁制 1 D← 3 P 跃迁上测量视线吸收。两个最密集的自旋轨道水平（J= 1 和 2）的平移温度和绝对浓度均已确定为固定工作功率 300 W 下等离子体压力的函数，从而可以准确确定解离分数；在所有情况下，解离分数都相当大，≥ 10%，在 20 mTorr 时最大为 15%。等离子体熄灭时氧原子损失率的时间分辨测量可以确定等离子体室壁损失的概率 γ；在这种情况下，对于铝表面，γ被确定为ca。几个× 10− 3，具体值取决于压力。此外，O− 数密度是压力的反函数，在 10 mTorr 时最大为 1.6× 10 10 cm− 3，在 100 mTorr 时降至 2× 10 9 cm− 3，并且是在分离状态下运行的放电特征。使用计算的电子能量分布函数来解释测量的数密度，并产生物理上合理的电子数密度值。
In this paper we report measurements of the absolute concentration of ground state oxygen atoms produced in a low pressure (≤ 100 mTorr) inductively coupled oxygen plasma. These experiments have utilised cavity ringdown spectroscopy, allowing line of sight absorption to be measured on the optically forbidden 1 D← 3 P transition around 630 nm. Both the translational temperature and the absolute concentrations of the two most populated spin–orbit levels (J= 1 and 2) have been determined as a function of plasma pressure at a fixed operating power of 300 W, allowing accurate determination of dissociation fraction; in all cases, the dissociation fraction is considerable,≥ 10%, maximising at 15% for 20 mTorr. Time-resolved measurements of the rate of loss of the oxygen atoms when the plasma is extinguished have allowed the probability for wall-loss in the plasma chamber, γ, to be determined; in this case, for an aluminium surface, γ is determined to be ca. a few× 10− 3, with the exact value depending on pressure. In addition, the O− number density is shown to be an inverse function of pressure, showing a maximum of 1.6× 10 10 cm− 3 at 10 mTorr, falling to 2× 10 9 cm− 3 at 100 mTorr, and characteristic of a discharge operating in the detachment regime. The measured number densities are interpreted using calculated electron energy distribution functions and yield physically reasonable values for the electron number density.
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