Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Il plasma/Proprietà generali: differenze tra le versioni
Contenuto cancellato Contenuto aggiunto
modifica sostanziale |
cambio avanzamento a 75% |
||
Riga 77:
Gli atomi eccitati, tendono invece a ritornare in tempi più o meno rapidi da frazioni di ns a s nello stato fondamentale, emettendo un fotone di frequenza tale, che la sua energia sia pari esattamente alla differenza di energia tra l'atomo eccitato e quello stabile:
{{Equazione|eq=<math>h\nu =E(A^*-A)\ </math>|}}
<gallery>
Riga 90:
Infine la ricomìbinazione dei radicali avviene in genere sulle pareti e viene sfruttata per i processi chimici mediante plasmi, genericamente indicati come Reactive Ion Etching.
== Temperatura delle componenti di un plasma==
I cammini liberi medi degli elettroni, gli ioni e le molecole (o i radicali) non sono molto differenti. Ma mentre i frequenti urti elastici degli atomi neutri e le molecole sono un efficiente meccanismo di termalizzazione, per gli elettroni la cosa è differente. Quindi i campi elettrici presenti localmente nel plasma aumentano di poco l'energia cinetica media degli ioni. Al contrario l'energia cinetica media degli elettroni supera facilmente i 2 eV. Anche se un plasma non è propriamente un sistema all'equilibrio termodinamico, si indica l'energia cinetica media mediante una temperatura equivalente, quindi se il gas neutro ha una temperatura di 300 K, gli ioni hanno una temperatura di 500 K e il gas di elettroni supera facilmente la temperatura di 23000 K.
Quindi tenendo conto delle masse in gioco (<math>m_i\approx 6.6\cdot 10^{-26}\ kg</math> per l'Ar)
la velocità quadratica media è per gli ioni:
{{Equazione|eq=<math>v_i=\sqrt{\frac {8k_BT_i}{\pi m_i}}=520\ m/s\ </math>|}}
Nel caso degli elettroni si ha:
{{Equazione|eq=<math>v_e=\sqrt{\frac {8k_BT_e}{\pi m_e}}=9.5\cdot 10^5\ m/s\ </math>|}}
==Correnti ioniche ed elettroniche==
Immaginando un plasma ad una pressione di 0.01 mbar (1 Pa) a tale pressione corrisponde una densità di particelle (Numero/Volume) pari a:
{{Equazione|eq=<math>n=\frac P{k_BT}=2.4\cdot 10^{14}\ cm^{-3}\ </math>|}}
Quindi con un grado di ionizzazione di <math>10^{-4}\ </math> si ha che:
{{Equazione|eq=<math>n_i=n_e=2.4\cdot 10^{10}\ cm^{-3}\ </math>|}}
Possiamo definire una densità dicorrente di ioni ed elettroni come:
{{Equazione|eq=<math>|J_i|=\frac {en_iv_i}4=50 \mu A/cm^{2}\ </math>|}}
{{Equazione|eq=<math>|J_e|=\frac {en_ev_e}4=91 mA/cm^{2}\ </math>|}}
Un oggetto metallico isolato in un plasma viene investito da una corrente elettronica molto maggiore di quella positiva ionica, per cui si porta ad potenziale negativo fino a respingere in maniera preferenziale gli elettroni. Il plasma di conseguenza perde elettroni (anche con le pareti del camera in cui è contenuto) e quindi risulta carico positivamente. Il Plasma anche se praticamente neutro è ad un potenziale più elevato di ogni caso e si indica spesso con <math>V_p\ </math>. E' possibile determinare il potenziale a cui ci porta un oggetto metallico isolato, imponendo che il potenziale rallentante <math>V_m\ </math> rende eguali i flussi di corrente ionica ed elettronica (se l'oggetto metallico è carico negativamente respingerà gli elettroni la cui energia cinetica sia inferiore a <math>eV_m\ </math>, semplici considerazioni basate sulla [[w:Distribuzione_di_Maxwell-Boltzmann|distribuzione di Maxwell-Boltzmann]] permettono di calcolare:
{{Equazione|eq=<math>V_m=V_p-\frac {k_BT_e}{2e}\ln \left( \frac {m_iT_e}{m_eT_i}\right)\ </math>|}}
Con i numeri dati corrisponde ad un potenziale tipico di circa 15 V. Il potenziale negativo respinge da un lato gli elettroni ma anche favorisce il bombardamento degli ioni positivi.
= Bibliografia =
Line 95 ⟶ 115:
[[Categoria:Micro e nanotecnologia|Plasma]]
{{Avanzamento|75%|25 marzo 2010}}
| |||