Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Il plasma/Proprietà generali: differenze tra le versioni
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{{Equazione|eq=<math>\lambda =\frac 1 {n\sigma }\ </math>|}}
In contrasto con la collisione tra sfere dure la sezione d'urto dipende dalla velocità delle particelle interagenti.
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Gli urti in generale possono essere divisi in due grosse categorie gli urti elastici e gli urti anelastici, a seconda se l'energia cinetica viene o non viene conservata.
Le particelle elementari come gli elettroni possono avere solo energia cinetica, gli atomi e le molecole, che hanno delle strutture più complesse, non essendo particelle elementari, possono avere oltre alla energia cinetica varie forme di energia interna dovute ad un diverso assetto delle particelle elementari di cui sono composte.
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In un [[w:Urto_elastico|urto elastico]] vi è semplicemente un interscambio di energia cinetica tra le particelle interagenti. Nel caso di un urto centrale cioè un urto in cui il punto di contatto tra le particelle interagenti avviene lungo la traiettoria si ha il massimo trasferimento di energia cinetica tra i due corpi.
Imponendo la conservazione della quantità di moto e della energia cinetica si mostra, in maniera elementare, come per due corpi di massa <math>m_1\ </math> e <math>m_2\ </math> il rapporto tra l'energia cinetica finale e quella iniziale del corpo urtato (inizialemente con velocità o nulla o trascurabile) è al massimo:
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Un elettrone molto lento o molto veloce ha una sezione d'urto, quindi una probabilità d'urto, piccola.
===Ionizzazione
[[Image:Cross_section_ionization.png|left|thumb|350px|Sezione d'urto di ionizzazione per gli elettroni in due gas nobili l'Elio e l'Argon]]
Il processo di ionizzazione è un tipico urto anelastico. In questo caso l'elettrone urta contro un atomo e rimuove da esso un elettrone, producendo uno ione positivo e due elettroni:
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{{Equazione|eq=<math>e+A \rightarrow e+A^*\ </math>|}}
Come nel caso della ionizzazione esiste una energia minima per provocare un fenomeno di questo tipo, l'energia di eccitazione, ad esempio nel caso dell'Argon vale 11.6 eV, quindi un poco inferiore all'energia di ionizzazione. Si capisce la ragione in quanto per ionizzare occorre strappare un elettrone da un atomo e quindi il processo richiede una maggiore energia.
La sezione d'urto di questo processo è inferiore a quella di ionizzazione, è sempre una curva a campana che nel caso dell'Argon ha un massimo a 21 eV dove la sezione d'urto vale <math>4\cdot 10^{-21}\ m^2</math>, al di sotto di 11.6 eV è nulla (soglia del processo) ed a 100 eV la sezione d'urto è diminuita di un fattore 4 rispetto al massimo. Vi è da aggiungere che essendo un processo simile alla risonanza la curva della sezione d'urto è una curva che forma una campana più stretta intorno alla energia per cui si ha la massima
===Dissociazione===
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{{Equazione|eq=<math>e^-+CF_4->2e^-+CF_3^++F\ </math>|}}
Tali processi hanno sezioni d'urto che possono variare in maniera significativa.
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Mentre i gas nobili, avendo l'ultimo orbitale completo, non hanno la tendenza a legarsi con gli elettroni liberi, tutti gli altri gas possono legarsi agli elettroni liberi. In particolare i
gas [[w:Alogeno|alogeni]] che hanno la massima [[w:Elettronegatività|elettronegatività]], facilmente formano ioni negativi. Quindi un processo tipico ad esempio dell'[[w:Esafluoruro_di_zolfo|esafluoruro di zolfo]] è:
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La sezione d'urto è massima per energia di 0 eV con valore di qualche <math>10^{-20}\ m^2</math>, che diminuisce all'aumentare dell'energia dello ione che collide.
===Collisioni metastabili===
La
{{Equazione|eq=<math>A^*+B->A+B^++e^-\ </math>|}}
Tale processo è noto sotto il nome di [[w:Ionizzazione_di_Penning|Ionizzazione di Penning]].
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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.
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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.
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