Tentang Plasma

Definisi plasma

Plasma adalah gas partikel bermuatan (baik ion dan elektron) dan netral (atom dan molekul) tetapi juga foton. Lebih spesifik dapat dicirikan sebagai gas terionisasi atau sebagian terionisasi secara elektrik secara keseluruhan, yaitu jumlah muatan positif dan negatif sama. Hal ini sering dianggap sebagai keadaan ke 4 karena ia muncul saat memasok energi ke gas, meskipun tidak ada transisi fase yang tiba-tiba seperti transisi dari padatan ke cair dan dari cairan ke gas. Nama alternatif untuk plasma adalah pelepasan cahaya karena cahaya karakteristik dari plasma karena deexcitations partikel dengan emisi foton yang menyertainya. Di Bumi, plasma tidak terjadi sebagai keadaan alami, kecuali kilatan kilat dan nyala api, namun di luar angkasa plasma adalah bentuk materi yang paling umum. Plasma buatan yang dihasilkan secara artifisial memiliki banyak aplikasi dalam pelayanan manusia. Plasma ditemukan dalam berbagai aplikasi seperti sumber cahaya, jenis layar televisi baru, dalam reaktor untuk eksperimen fusi, dan lain-lain. Mungkin yang paling umum, dan yang paling penting secara ekonomi, aplikasi plasma dalam pemrosesan material padatan, dan juga dari gas, adalah Tidak seperti plasma untuk perpaduan plasma ini "dingin", yaitu tidak dalam kesetimbangan termodinamika, dimana gas berada pada suhu rendah sementara elektron memiliki energi (suhu) yang cukup tinggi untuk mengionisasi, merangsang, memisahkan, dll bagian dari partikel gas.

Generasi plasmas

Plasma untuk aplikasi industri dalam pemrosesan material dihasilkan oleh sumber plasma yang berbeda.

Sebuah plasma dapat dihasilkan dengan menerapkan voltase antara dua elektroda dalam gas dan pada voltase tertentu tergantung pada tekanan gas dan jarak antara elektroda, perincian akan terjadi pada gas sehingga gas menjadi konduksi karena ionisasi. Ionisasi ini disebabkan oleh tumbukan antara elektron, dipercepat ke energi ionisasi oleh medan listrik, dan partikel netral, misalnya atom. Setiap tumbukan yang menghasilkan satu elektron bebas dapat menyebabkan ionisasi baru namun elektron pertama juga masih bebas bertabrakan lagi, sehingga ionisasi tersebut tampak sebagai proses longsor. Akhirnya proses ini mencapai keadaan mapan antara generasi dan hilangnya partikel bermuatan. Hilangnya ion dan elektron dari volume plasma dapat terjadi melalui rekombinasi dan difusi ke batas plasma. Dimulainya ionisasi dimungkinkan oleh ion primer dan elektron yang selalu ada dalam gas netral misalnya karena ionisasi oleh radiasi kosmik. Elektron dengan energi yang tidak cukup untuk mengionisasi atom dapat mengubah struktur elektroniknya dan menggairahkannya dan ketika atom deeksitrasi foton dapat dipancarkan. Rekombinasi partikel bermuatan dan deexcitations berkontribusi terhadap karakteristik cahaya untuk sistem plasma.

Dalam jenis debit cahaya yang paling sederhana, tegangan yang diberikan adalah tegangan DC dan dua elektroda mewakili katoda dan anoda. Medan listrik tidak didistribusikan secara merata antara elektroda yang menyebabkan perbedaan kecerahan cahaya. Bagian yang paling intens dari debit adalah "cahaya negatif" di dekat, namun terpisah dari katoda. Daerah antara cahaya dan katoda ini adalah "ruang gelap katoda" atau "selubung muatan ruang" dimana potensi tetesannya drastis. Karena tidak ada atau sangat sedikit tabrakan dan karenanya tidak ada emisi foton di wilayah ini yang nampak gelap. Ion positif akan dipercepat oleh potensi drop melalui selubung dan bertabrakan dengan permukaan katoda. Hal ini dapat menyebabkan emisi elektron sekunder yang ditolak dari katoda menjadi cahaya negatif dan meningkatkan ionisasi di sana. Ion juga bisa melumpuhkan atom dari bahan katoda dan efek ini digunakan dalam sputtering sebagai sumber material yang akan disimpan. Jika jarak antara katoda dan anoda cukup panjang berkenaan dengan lebar debit daerah bercahaya lainnya, "kolom positif", bisa muncul. Di anoda ada juga ruang yang gelap namun sangat tipis.

Jika katoda dikelilingi oleh bahan non-konduksi, plasma tidak dapat dipertahankan oleh tegangan DC karena pengisian permukaan elektroda. Dalam hal ini dimungkinkan untuk menyalakan elektroda dengan voltase frekuensi radio (RF) agar pembongkarannya bisa dihasilkan. Limbah RF biasanya memiliki ionisasi yang lebih efisien daripada muatan DC. Elektron memiliki massa yang sangat rendah dan mereka dapat dengan mudah mengikuti osilasi RF sementara ion hanya mengikuti medan rata-rata waktu. Dalam kasus katoda melakukan kapasitor pemblokiran antara katoda dan catu daya dapat digunakan untuk membangun bias DC negatif pada katoda (sebenarnya pada kedua elektroda) dan selubung muatan luar dapat dibentuk antara elektroda dan plasma. Dalam pelepasan RF ion akan dipercepat melalui selubung ini seperti pada kasus DC.

Katoda berongga

Keberadaan selubung dalam geometri elektroda berongga dapat menimbulkan pelepasan "ekstra" - pelepasan katoda berongga (HCD) - yang digunakan pada sumber katoda berongga. Dalam sistem dua elektroda dengan elektroda negatif berongga (katoda) dan elektroda counter yang lebih besar (anoda) HCD dapat timbul di dalam rongga di katoda bersamaan dengan pelepasan "biasa" antara katoda dan anoda jika jarak berlawanan Dinding di rongga kira-kira sama dengan lebar cahaya negatif. Asal usul HCD adalah jebakan elektron di dalam katoda berongga ketika elektron energik yang dipancarkan dari satu dinding katoda dipercepat melintasi selubung menuju dinding yang berlawanan. Ketika mereka mencapai selubung yang identik di sisi yang berlawanan dengan medan listrik yang sama namun berlawanan, mereka dipantulkan kembali. Elektron terjebak dan dipaksa berosilasi di antara selubung yang berlawanan. Mekanisme ini disebut "efek katoda berongga". Selama osilasi elektron ini dapat mengalami tabrakan inelastis dengan atom gas dan meningkatkan probabilitas ionisasi memberikan plasma yang sangat padat di dalam katoda. Plasma ini dipaksa keluar dari katoda dengan mengalirkan gas. Katoda berongga juga dapat didukung oleh catu daya RF. Elektron dapat berosilasi berkali-kali selama satu siklus RF yang memberikan kepadatan plasma tinggi. Katoda berongga dapat memiliki geometri yang berbeda: tabung, susunan tabung, atau pelat sejajar (katoda berongga sejajar).