高压微波氢等离子体Balmer线系的实验

采用压缩波导反应腔结构和热辅助激发的方式产生了可稳定运行于近一个大气压条件下的微波辉光氢等离子体,通过发射光谱诊断技术测量了连续放电过程中氢Balmer线系的Hα、Hβ、Hγ和Hδ谱线,并分析了谱线强度随气压的变化趋势及其机理.实验结果表明,氢Balmer线系的Hα、Hβ、Hγ和Hδ谱线的强度都有随着气压上升先升高后下降的趋势,等离子体的电子激发温度则是随着气压的升高先降低后趋向于稳定.

低压氢等离子体发光光谱

本实验使用2.45 GHz微波(100～200 W)激励产生低压(1～4 kPa)氢等离子体,通过光纤光谱仪探测氢等离子体的发射光谱,并分析了特征谱线分布及谱线强度随压强、功率的变化情况,计算了氢等离子体的电子激发温度.实验结果表明,压强由1 kPa增加至4 kPa,谱线强度减小;功率由100 W增大至200 W,谱线强度增大.随着压强的增大,电子激发温度减小或先减小后增大.

氢终止金刚石表面的形成机理

为考察金刚石形成氢终止表面的反应机制,采用微波氢等离子体处理以及电阻丝氢气气氛加热处理进行对比研究.利用光发射谱(OES)和漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)分别表征了微波氢等离子体中的活性基团和金刚石表面氢终止浓度.结果表明,微波氢等离子体环境下,随着衬底温度、等离子体密度和能量的增加,温度至700°C(800 W/3 k Pa)时,等离子体中出现了明显的CH基团;相应地,金刚石表面氢终止浓度随温度、等离子体密度和能量的增加而增加.采用氢气气氛下电阻丝加热的方法同样形成了氢终止金刚石表面,表明微波等离子体处理金刚石表面形成氢终止主要源于由温度控制的表面化学反应,而非等离子体的物理刻蚀作用.氧终止金刚石表面形成氢终止的机制是表面C=O键在高于500°C时分解为CO,相应的悬挂键由氢原子或氢分子占据.