Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Il plasma/Scarica nei gas: differenze tra le versioni

Si distinguono due zone una prima zona in cui varia la corrente, ma la tensione è costante (scarica normale), e un secondo regime quando il processo di emissione di elettroni coinvolge tutta la superficie del catodo, allora la tensione non è più indipendente dalla corrente, ma è circa proporzionale (scarica anormale): con riferimento alla curva caratteristica, si passa da '''G''' ad '''H'''. In questi due regime si ha un plasma in una regione centrale del tubo da vuoto, con campi elettrici trascurabili, elevata conducibilità elettrica, mentre la caduta di tensione si ha quasi completamente nella regione adiacente al catodo.

La scarica anormala rivela la sua complessità dalla emissione di luce che varia notevolmente da punto a punto. Distinguiamo delle zone scure in prossimità del catodo (''Aston e Crook dark space''). Vi è nacheanche una zona anodica di minore luminosità, ma non propriamente scura. La zona luminosa estesa chiamata colonna positiva (''positive column'' ) è la zona del plasma vero e proprio con un debole campo elettrico negativo dovuto ad un eccesso di elettroni. La zona più luminosa della scarica è il ''negative glow'' (bagliore negativo) la sua colorazione dipende dal gas della scarica (ossigeno un giallo pallido, Argon tra il blu ed il viola). Tra la negative glow e la colonna positiva vi la zona scura di Faraday. Gli elettroni secondari debbono(quelli percorrereprodotti mediamentedagli ioni sul catodo), acquistano energia lenelle due zone oscure del catodo, perdove guadagnareè l'energiamassimo diil ionizzazionecampo elettrico. NellaMentre nella zona di ''negative glow'' ionizzanoavvengono ili gasprocessi perdendodi energia,ionizzazione eed perdendosieccitazione. lateralmenteLa (questodiffusione causalaterale ildelle restringimentocariche dellaprodotte restringe la dimensione radiale della
''negative glow)''. eInfine infine entarnoentrano nella zona oscura di Faraday con energia insufficiente per ionizzare, riacquistanoriacquistando nuovamente energia edfino entranoa nellaprecipitare colonna positivasull'anodo.

Le zone oscure sono le zone in cui gli elettroni vengono accelerati, quandoa raggiungonocausa della elevata l'energia la sezione d'urto di ionizzazione è scarsa in tale zona, mentre quando escono perdendendo via via energia rapidamente ionizzano il mezzo che diventa luminoso.

Se viene ridotta la distanza tra gli elettrodi ( o viene diminuita la pressione), la colonna positiva scompare, inse ancora viene diminuita scomapre seguito lo spazio oscuro di Faraday. Quando l'anodo entra dentro la ''negative glow'' la scarica tende a spegnersi a meno di non aumentare notevolmente la tensione applicata.

Il plasma ha nel suo complesso un potenziale positivo di circa 10 V, indipendentemente dal potenziale negativo del catodo. Il campo elettrico più intenso si ha in corrispondenza del catodo, dove però la densità degli elettroni è la più bassa.

La resa del processo, cioè il numero di elettroni secondari prodotti in funzione dei vari ioni, elettroni o atomi neutri può essere maggiore dell'unità. Ad esempio un elettrone di 800 eV urtando un elettrodo di platino produce in media 1.8 elettroni secondari. La resa del bombardamento di ioni, tranne che nel caso dell'Elio è in genere invece inferiore all'unità. In ogni caso gli elettroni secondari sono quelli che prodotti dagl elettrodi vengono accleratiaccelerati e sostengono la scarica.

Il processo di ionizzazione è dominato dagli elettroni secondari la cui probabilità di ionizzazione è tanto maggiore quanto maggiore è il loro cammino. Per questa ragione nella curva di Paschen se la pressione è bassa aumentando la distanza tra gli elettrodi diminuisce il potenziale di Break ''break-down''.

Dove <math>m\ </math> è la massa degli elettroni. Per un campo magnetico di <math>0.01\ T</math> la traiettoria circolare ha un raggio di frazioni di mm. In pratica la traiettoria degli elettroni diventa una spirale con un cammino molto lungo. L'effetto dei campi magnetici sugli ioni è invece trascurabile in quanto essendo la loro massa circa <math>10^5</math> volte quella degli elettroni il loro raggio di curvatura diventa di molti m, molto più grande delle dimensioni degli elettrodi e della camera in cui avviene la scarica. Quindi avere dei campi magnetici modesti aumenta grandemente la probabilità di ionizzazione da parte degli elettroni. In genere quindi si aggiungono dei campi magnetici nella regione del catodo per aumentare la probabilità di ionizzazione e pemettere di tenere piccoladiminuire la distanza tra gli elettrodi, in quanto il campo magnetico, artificialmente aumenta il cammino percorso dagli elettroni e quindi la loro probabilità di ionizzare il plasma. Mentre tale campo non modifica il meccanismo di bombardamento degli ioni da parte degli ioni positivi.