高電壓新技術(shù)

1、高電壓新技術(shù)氣體放電與應(yīng)用華中科技大學(xué)電氣學(xué)院夏勝國(guó)2010.12引言Coulomb（1785）：研究孤立絕緣導(dǎo)體上電荷的消失現(xiàn)象。非自持放電現(xiàn)象。Petrov（1803）：發(fā)現(xiàn)電極接觸-分離法形成電弧。Faraday（1831-1835）：發(fā)現(xiàn)低氣壓輝光放電，1Torr，1000V。Crook and Thomson（19世紀(jì)末期到20世紀(jì)初）：陰極射線實(shí)驗(yàn)，電子e/m的測(cè)量，證實(shí)電子的存在。引發(fā)原子結(jié)構(gòu)的研究，導(dǎo)致現(xiàn)代物理學(xué)的建立。Townsend（20世紀(jì)初）：建立氣體放電湯生理論，標(biāo)志著氣體放電學(xué)科的建立。大量的研究者進(jìn)行大量的湯生放電實(shí)驗(yàn)工作，積累大量的電子-原子碰撞截面值，電子和離

2、子的漂移速度值，電子-離子復(fù)合系數(shù)值等。正式這些實(shí)驗(yàn)成果形成了氣體放電物理學(xué)研究的基礎(chǔ)。Langmuir and Tonks（1928）：提出“等離子體”這一名詞：Plasma。從此與氣體放電緊密相關(guān)的新的學(xué)科-等離子體科學(xué)登上了歷史舞臺(tái)。Loeb and Meek：1940年建立流注放電理論。進(jìn)一步完善了氣體放電理論。迄止目前，越來(lái)越多的放電應(yīng)用第一部分 氣體放電基礎(chǔ)典型的氣體放電氣體放電理論模型氣體放電物理基礎(chǔ)元過(guò)程典型的氣體放電實(shí)驗(yàn)裝置氣體放電的全伏安特性直流放電的類型輝光放電輝光放電：低氣壓(110Torr)，外電路阻抗大，電流10-610-1A弧光放電：弧光放電：高氣壓(1atm)，

3、外電路阻抗小，電流1A火花放電：火花放電：高氣壓(1atm)，放電間隙較長(zhǎng)(10cm)電暈放電：電暈放電：強(qiáng)不均勻場(chǎng)中發(fā)生的特殊的放電湯生放電理論J.S.Townsend,18681957, 英國(guó)英國(guó)作用電子產(chǎn)生的電離倍增（電子雪崩） 作用離子轟擊陰極時(shí)二次電子的出射效應(yīng)陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極電場(chǎng)電場(chǎng) E電子電子分子分子離子離子二次電子發(fā)射二次電子發(fā)射電離倍增作用電離倍增作用（作用）作用）（ 作用）作用）湯生自持放電條件湯生自持放電條件(1)1le帕邢定律Paschen,18651947,德國(guó)德國(guó)帕邢定律的內(nèi)容帕邢定律的內(nèi)容：氣體擊穿電壓由氣體壓強(qiáng) p 和電極間距d的乘積( pd )所決定，并有極小

4、值。1lnlnsBpdVApd湯生理論對(duì)帕邢定律的解釋湯生理論對(duì)帕邢定律的解釋9流注氣體放電理論n 說(shuō)明工程上感興趣的壓力較高和氣隙間距說(shuō)明工程上感興趣的壓力較高和氣隙間距較長(zhǎng)氣體的擊穿，如大氣壓力下空氣的擊較長(zhǎng)氣體的擊穿，如大氣壓力下空氣的擊穿穿n 特點(diǎn)：認(rèn)為電子碰控電離及空間光電離是特點(diǎn)：認(rèn)為電子碰控電離及空間光電離是維持自持放電的主要因素，并強(qiáng)調(diào)了空間維持自持放電的主要因素，并強(qiáng)調(diào)了空間電荷畸變電場(chǎng)的作用電荷畸變電場(chǎng)的作用 n 流注理論的放電原理流注理論的放電原理 10流注理論的發(fā)展階段n 電子崩階段電子崩階段 空間電荷畸變外電場(chǎng)空間電荷畸變外電場(chǎng) n 流注階段流注階段 光電離形成二次電

5、子崩，等離子體光電離形成二次電子崩，等離子體 111. 電子崩階段n 電子崩外形：電子崩外形：好似球頭的錐體，空間電荷分布極不均勻好似球頭的錐體，空間電荷分布極不均勻 例如，正常大氣條件下，若例如，正常大氣條件下，若E30kVcm，則，則 11cm-1，計(jì)算得隨著電子崩向陽(yáng)極推進(jìn)，崩頭中的電子數(shù)計(jì)算得隨著電子崩向陽(yáng)極推進(jìn)，崩頭中的電子數(shù)12n 空間電荷畸變外電場(chǎng)空間電荷畸變外電場(chǎng) 大大加強(qiáng)了崩頭及崩尾的電場(chǎng)，削弱了崩頭內(nèi)正、負(fù)大大加強(qiáng)了崩頭及崩尾的電場(chǎng)，削弱了崩頭內(nèi)正、負(fù)電荷區(qū)域之間的電場(chǎng)電荷區(qū)域之間的電場(chǎng) 電子崩頭部：電子崩頭部：電場(chǎng)明顯增強(qiáng)，電場(chǎng)明顯增強(qiáng)，有利于發(fā)生分子和離子有利于發(fā)生分子

6、和離子的激勵(lì)現(xiàn)象，當(dāng)它們回的激勵(lì)現(xiàn)象，當(dāng)它們回復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，放射復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，放射出光子出光子崩頭內(nèi)部正、負(fù)電荷區(qū)域：崩頭內(nèi)部正、負(fù)電荷區(qū)域：電場(chǎng)大大削弱，有助于電場(chǎng)大大削弱，有助于發(fā)生復(fù)合過(guò)程，發(fā)射出發(fā)生復(fù)合過(guò)程，發(fā)射出光子光子132. 流注階段n 當(dāng)電子崩走完整個(gè)間隙當(dāng)電子崩走完整個(gè)間隙后，大密度的頭部空間后，大密度的頭部空間電荷大大加強(qiáng)了后部的電荷大大加強(qiáng)了后部的電場(chǎng)，并向周圍放射出電場(chǎng)，并向周圍放射出大量光子大量光子n 光子引起空間光電離，光子引起空間光電離，在受到畸變而加強(qiáng)了的在受到畸變而加強(qiáng)了的電場(chǎng)中，造成了新的電電場(chǎng)中，造成了新的電子崩，稱為二次電子崩子崩，稱為二次電子崩 光

7、電離、二次電子崩光電離、二次電子崩1主電子崩 2二次電子崩3流注14正流注的形成n 二次電子崩中的電子進(jìn)二次電子崩中的電子進(jìn)入主電子崩頭部的正空入主電子崩頭部的正空間電荷區(qū)（電場(chǎng)強(qiáng)度較間電荷區(qū)（電場(chǎng)強(qiáng)度較?。蠖嘈纬韶?fù)離子。小），大多形成負(fù)離子。大量的正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)大量的正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成了構(gòu)成了等離子體等離子體，這就，這就是是正流注正流注 n 流注通道導(dǎo)電性良好，流注通道導(dǎo)電性良好，其頭部又是二次電子崩其頭部又是二次電子崩形成的正電荷，因此流形成的正電荷，因此流注頭部前方出現(xiàn)了很強(qiáng)注頭部前方出現(xiàn)了很強(qiáng)的電場(chǎng)的電場(chǎng)1主電子崩2二次電子崩3流注15正流注向陰極推進(jìn)n 流注頭部的電離放射出大流注

8、頭部的電離放射出大量光子，繼續(xù)引起空間光量光子，繼續(xù)引起空間光電離。流注前方出現(xiàn)新的電離。流注前方出現(xiàn)新的二次電子崩，它們被吸引二次電子崩，它們被吸引向流注頭部，延長(zhǎng)了流注向流注頭部，延長(zhǎng)了流注通道通道n 流注不斷向陰極報(bào)進(jìn)，且流注不斷向陰極報(bào)進(jìn)，且隨著流注接近陰極，其頭隨著流注接近陰極，其頭部電場(chǎng)越來(lái)越強(qiáng)，因而其部電場(chǎng)越來(lái)越強(qiáng)，因而其發(fā)展也越來(lái)越快發(fā)展也越來(lái)越快n 流注發(fā)展到陰極，間隙被流注發(fā)展到陰極，間隙被導(dǎo)電良好的等離子通道所導(dǎo)電良好的等離子通道所貫通，間隙的擊穿完成，貫通，間隙的擊穿完成，這個(gè)電壓就是擊穿電壓這個(gè)電壓就是擊穿電壓 16自持放電條件一旦形成流注，放電就進(jìn)入了新的階段，一旦

9、形成流注，放電就進(jìn)入了新的階段，放電可以由本身產(chǎn)生的空間光電離而自行維放電可以由本身產(chǎn)生的空間光電離而自行維持，即轉(zhuǎn)入自持放電了。如果電場(chǎng)均勻，間持，即轉(zhuǎn)入自持放電了。如果電場(chǎng)均勻，間隙就將被擊穿。所以流注形成的條件就是自隙就將被擊穿。所以流注形成的條件就是自持放電條件，在均勻電場(chǎng)中也就是導(dǎo)致?lián)舸┏址烹姉l件，在均勻電場(chǎng)中也就是導(dǎo)致?lián)舸┑臈l件的條件自持放電的條件：自持放電的條件：810ade17流注理論對(duì)pd很大時(shí)放電現(xiàn)象的解釋 1放電外形放電外形 Pd很大時(shí)，放電具有通道形式很大時(shí)，放電具有通道形式 當(dāng)某個(gè)流注由于偶然原因發(fā)展更快時(shí)，將抑制其它當(dāng)某個(gè)流注由于偶然原因發(fā)展更快時(shí)，將抑制其它流注的

10、形成和發(fā)展，并且隨著流注向前推進(jìn)而越來(lái)越流注的形成和發(fā)展，并且隨著流注向前推進(jìn)而越來(lái)越強(qiáng)烈強(qiáng)烈 二次電子崩在空間的形成和發(fā)展帶有統(tǒng)計(jì)性，所以二次電子崩在空間的形成和發(fā)展帶有統(tǒng)計(jì)性，所以火花通道常是曲折的，并帶有分枝火花通道常是曲折的，并帶有分枝2放電時(shí)間放電時(shí)間 光子以光速傳播，所以流注發(fā)展速度極快，光子以光速傳播，所以流注發(fā)展速度極快，這就可以說(shuō)明這就可以說(shuō)明pd很大時(shí)放電時(shí)間特別短的現(xiàn)象很大時(shí)放電時(shí)間特別短的現(xiàn)象3陰極材料的影響陰極材料的影響 根據(jù)流注理論，維持放電自持的是根據(jù)流注理論，維持放電自持的是空間光電離，而不是陰極表面的電離過(guò)程，這可說(shuō)明空間光電離，而不是陰極表面的電離過(guò)程，這可

11、說(shuō)明為何很大為何很大Pd下?lián)舸╇妷汉完帢O材料基本無(wú)關(guān)了下?lián)舸╇妷汉完帢O材料基本無(wú)關(guān)了18在電離室中得到的陽(yáng)極流注發(fā)展過(guò)段的照片在電離室中得到的陽(yáng)極流注發(fā)展過(guò)段的照片正流注的發(fā)展速度約為正流注的發(fā)展速度約為1 108 2 108cm/s氣體放電元過(guò)程參與氣體放電的粒子參與氣體放電的粒子：電子、離子（，）、中性粒子（原子、分子）、光子粒子之間的碰撞粒子之間的碰撞：氣體放電所表現(xiàn)出來(lái)的全部現(xiàn)象都不過(guò)是這些粒子之間的碰撞的結(jié)果。在電場(chǎng)中電子優(yōu)先獲得能量在電場(chǎng)中電子優(yōu)先獲得能量。電子碰撞的種類電子碰撞的種類：高能電子通過(guò)碰撞引起物理化學(xué)反應(yīng)。正是這些物理化學(xué)反應(yīng)決定了氣體放電的性質(zhì)。碰撞一般分為彈性碰撞

12、、非彈性碰撞。后者包括電離、激發(fā)、復(fù)合等。 輝光放電 電弧放電 電暈放電 火花放電 介質(zhì)阻擋放電 射頻放電 微波放電 第二部分 各種常用的氣體放電輝光放電（壓強(qiáng)約1Torr）輝光放電各部分發(fā)光顏色分布?xì)怏w陰極區(qū)負(fù)輝光正柱區(qū)氦氣紅綠紫紅氖氣黃 橙紅氮?dú)夥奂t藍(lán)紅朗繆爾(Irving Langmuir,1932年Nobel化學(xué)獎(jiǎng))1928年朗繆爾在研究輝光放電時(shí)將正柱區(qū)中的電離氣體取名為“等離子體”(Plasma)。他的合作者Tonks在他的一篇論文(Am. J. Phys. ,35(1967), p. 857)中，這樣生動(dòng)地講述了這個(gè)名稱的由來(lái)：Langmuir came into my room

13、 in the General Electric Research Laboratory one day and said ” Say, Tonks, Im looking for a word. In these gas discharges we call the region in the immediate neighborhood of the wall or an electrode a sheath, and that seems to be quite appropriate; but what should we call the main part of the disch

14、arge? there is complete space-charge neutralization. I dont want to invent a word, but it must be descriptive of this kind of region as distinct from a sheath. What do you suggest?”My reply was classic “ Ill think about it, Dr. Langmuir.”The next day Langmuir breezed in and announced, “I know what w

15、e call it ! Well call it the plasma.” The image of blood plasma immediately came to mind: I think Langmuir even mentioned blood. 冷陰極電子發(fā)射，主要依靠正離子轟擊陰極產(chǎn)生二次發(fā)射電子 陰極附近有正空間電荷層和一個(gè)較大的陰極勢(shì)降1. 從負(fù)輝區(qū)流人陰極區(qū)域的正離子，受鞘層電場(chǎng)加速后與陰極碰撞，引起二次電子逸出(作用)。這些二次電子又在鞘層電場(chǎng)的加速作用下向陽(yáng)極方向運(yùn)動(dòng)，成為高能量的電子束，從而引發(fā)電離(作用)。也就是說(shuō)，輝光放電是在鞘層電場(chǎng)的基礎(chǔ)上由作用和作用所共同維持

16、的。直流輝光放電的基本特征直流輝光放電的基本特征輝光放電的特性參數(shù)大氣壓輝光放電大氣壓下輝光放電的困難 輝光放電的實(shí)驗(yàn)表明：若保持電流不變，電流密度： 即：電流通道的橫截面積將隨著氣壓的增大而急劇減小2cJp 因此當(dāng)大氣壓下氣體間隙擊穿時(shí)通?？吹降氖墙z狀放電（也稱流注）及其進(jìn)一步的發(fā)展電弧放電。為了在高氣壓下不產(chǎn)生絲狀放電，必須需控制電子雪崩地放大以免它增長(zhǎng)過(guò)快。高氣壓輝光放電均勻措施1) 預(yù)電離預(yù)電離。一般要求預(yù)電離電子密度為104108cm32) 陡脈沖陡脈沖電弧放電 n減小外回路中的阻抗，則電流增大，電流減小外回路中的阻抗，則電流增大，電流增大到一定值后，放電通道收細(xì)，且越來(lái)增大到一定值

17、后，放電通道收細(xì)，且越來(lái)越明亮，管端電壓則更加降低，說(shuō)明通道越明亮，管端電壓則更加降低，說(shuō)明通道的電導(dǎo)越來(lái)越大的電導(dǎo)越來(lái)越大n電弧通道和電極的溫度都很高，電流密度電弧通道和電極的溫度都很高，電流密度極大，電路具有短路的特征極大，電路具有短路的特征 電暈放電 n電極曲率半徑很小或電極間距離很遠(yuǎn)，即電極曲率半徑很小或電極間距離很遠(yuǎn)，即電場(chǎng)極不均勻，則當(dāng)電壓升高到一定值后，電場(chǎng)極不均勻，則當(dāng)電壓升高到一定值后，首先緊貼電極在電場(chǎng)最強(qiáng)處出現(xiàn)發(fā)光層，首先緊貼電極在電場(chǎng)最強(qiáng)處出現(xiàn)發(fā)光層，回路中出現(xiàn)用一般儀表即可察覺的電流。回路中出現(xiàn)用一般儀表即可察覺的電流。隨著電壓升高，發(fā)光層擴(kuò)大，放電電流也隨著電壓升高

18、，發(fā)光層擴(kuò)大，放電電流也逐漸增大逐漸增大n發(fā)生電暈放電時(shí)，氣體間隙的大部分尚未發(fā)生電暈放電時(shí)，氣體間隙的大部分尚未喪失絕緣性能，放電電流很小，間隙仍能喪失絕緣性能，放電電流很小，間隙仍能耐受電壓的作用耐受電壓的作用 刷狀放電 n電場(chǎng)極不均勻情況下，如電壓繼續(xù)升高，電場(chǎng)極不均勻情況下，如電壓繼續(xù)升高，從電暈電極伸展出許多較明亮的細(xì)放電通從電暈電極伸展出許多較明亮的細(xì)放電通道，稱為刷狀放電道，稱為刷狀放電 n電壓再升高，根據(jù)電源功率而轉(zhuǎn)入火花放電壓再升高，根據(jù)電源功率而轉(zhuǎn)入火花放電或電弧放電，最后整個(gè)間隙被擊穿電或電弧放電，最后整個(gè)間隙被擊穿n如電場(chǎng)稍不均勻，則可能不出現(xiàn)刷狀放電，如電場(chǎng)稍不均勻，

19、則可能不出現(xiàn)刷狀放電，而由電暈放電直接轉(zhuǎn)入擊穿而由電暈放電直接轉(zhuǎn)入擊穿 電暈放電火花放電n在較高氣壓（例如大氣壓）下，擊穿后總是形成收在較高氣壓（例如大氣壓）下，擊穿后總是形成收細(xì)的發(fā)光放電通道，而不再擴(kuò)散于間隙中的整個(gè)空細(xì)的發(fā)光放電通道，而不再擴(kuò)散于間隙中的整個(gè)空間。當(dāng)外回路中阻抗很大，限制了放電電流時(shí)，電間。當(dāng)外回路中阻抗很大，限制了放電電流時(shí)，電極間出現(xiàn)貫通兩極的極間出現(xiàn)貫通兩極的的明亮細(xì)火花的明亮細(xì)火花 n火花放電的特征是具有收細(xì)的通道形式，并且放電火花放電的特征是具有收細(xì)的通道形式，并且放電過(guò)程不穩(wěn)定過(guò)程不穩(wěn)定 n火花間斷的原因：火花間斷的原因： 放電通道電阻很小，而外電路電放電通道

20、電阻很小，而外電路電阻很大，放電通道分得電壓太小，以致放電不能持阻很大，放電通道分得電壓太小，以致放電不能持續(xù)續(xù)雷電介質(zhì)阻擋放電平板電極體放電梳狀電極表面放電同軸結(jié)構(gòu)介質(zhì)阻擋材料介質(zhì)阻擋材料玻璃、石英、陶瓷以及聚合物等，有時(shí)還采用一些具有保玻璃、石英、陶瓷以及聚合物等，有時(shí)還采用一些具有保護(hù)涂層或者其他功能涂層如駐極體材料等。護(hù)涂層或者其他功能涂層如駐極體材料等。頻率過(guò)高則介質(zhì)層將失去阻擋作用，因而介質(zhì)阻擋放電驅(qū)動(dòng)電壓頻率范圍為頻率過(guò)高則介質(zhì)層將失去阻擋作用，因而介質(zhì)阻擋放電驅(qū)動(dòng)電壓頻率范圍為50Hz10MHz。放電電壓范圍為幾百伏特到幾千伏特。放電電壓范圍為幾百伏特到幾千伏特。根據(jù)不同的應(yīng)用

21、背景，放電間隙為根據(jù)不同的應(yīng)用背景，放電間隙為0.1mm幾幾cm。放電氣體可以流動(dòng)，也可以循環(huán)使用，也可靜止。放電氣體可以流動(dòng)，也可以循環(huán)使用，也可靜止。放電氣體可以是惰性氣體如放電氣體可以是惰性氣體如He、Ne、Ar，可以是分子氣體如氮?dú)?、氧氣、空，可以是分子氣體如氮?dú)?、氧氣、空氣，也可以是其他反?yīng)性氣體如氣，也可以是其他反應(yīng)性氣體如CCl2F2, CClF3 and CHClF2DBD的一些基本特征高頻放電和微波放電用甲烷等氣體來(lái)進(jìn)行直流放電的時(shí)候，電極表面上絕緣性薄膜的堆積會(huì)阻礙電流的流通，甚至?xí)?dǎo)致放電的中止。不使用直流而采用工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的13.56MHz的高頻電磁波或2.45GHz的微

22、波來(lái)進(jìn)行放電，就能夠維持這類氣體放電約穩(wěn)定的等離子體狀態(tài)。所以，使用高頻放電或微波放電的等離子體應(yīng)用比直流放電的多。在實(shí)際應(yīng)用等離子體時(shí)，首先根據(jù)用途需要選擇最合適的等離子體。實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中如LSI制作工藝中為了實(shí)現(xiàn)超微細(xì)、大面積、高速加工，經(jīng)常要求等離子體具有低氣壓（1Pa）、大口徑（0.4m）、高密度（1017m3）等特性。在氣壓降低時(shí)，等離子體擴(kuò)散加快，而電離頻率降低，因而低氣壓條件下生成大口徑、高密度低溫等離子體并不容易。提高放電功率，可以增大等離子體密度，但是若功率不能有效地用于產(chǎn)生電離（如直流輝光放電），那么等離子體密度也不能增大。采用后面要講述的給線圈通高頻電流的方法(感應(yīng)耦合

23、等離子體）或激勵(lì)等離子體波動(dòng)的方法(表面波等離子體、ECR等離子體、螺旋波等離子體)，由于可以在保持較低的等離子體與電極間的電位差的狀態(tài)下提供高功率，那么在低氣壓時(shí)也可以高效率地生成等離子體，并且其高密度化也將成為可能。用于放電的三種天線耦合方式利用用靜電場(chǎng)來(lái)加速電子，又稱電容耦合高頻放電或微波放電是由天線(電極)從外部得到功率，通過(guò)電磁場(chǎng)對(duì)電子的加速作用來(lái)維持等離子體的。利用感應(yīng)電場(chǎng)來(lái)供給等離子體能量利用電磁波來(lái)供給等離子體能量平行板加RF電壓電容耦合等離子體 典型的放電條件是：壓強(qiáng)101000 Pa，電極間距15cm，高頻功率20200 W，放電頻率通常為13.56MHz。 等離子體密度雖

24、然不是那么高(約在1016m3),但這種方法的優(yōu)點(diǎn)是容易生成大口徑等離子體。 放電的發(fā)光分布，在低氣壓時(shí)整體上基本是均勻發(fā)光。但隨著壓強(qiáng)的增高中心部分變暗，只有兩個(gè)電極附近部分才發(fā)亮。線圈通RF電流感應(yīng)耦合等離子體 無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)的高頻放電可分為電場(chǎng)型放電(E放電)和磁場(chǎng)型放電(H放電)。 前者是天線表面電荷產(chǎn)生的靜電場(chǎng)導(dǎo)致的放電，電容耦合等離子體是其中有代表性的例子。 后者是天線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)H導(dǎo)致的放電。這里磁場(chǎng)隨時(shí)間變化引起感應(yīng)電場(chǎng)(法拉第電磁感應(yīng)定律)，利用這個(gè)電場(chǎng)來(lái)加速電子從而可以維持等離子體。如此生成的等離子體叫做感應(yīng)耦合等離子體。強(qiáng)電波照射表面波等離子體無(wú)磁場(chǎng)時(shí)通過(guò)電磁波照射高密度

25、等離子體可以激勵(lì)起沿等離子體表面?zhèn)鞑サ牟?，用?qiáng)微波照射可以產(chǎn)生這種表面波，從而生成大口徑、高密度的等離子體，這種等離子體叫做表面波等離子體。圖中，2.45GHz、1kW的微波從大氣一側(cè)通過(guò)石英板直徑（30 cm）照射等離子體，在2200Pa壓強(qiáng)下就可以得到10171018m3的高密度等離子體(圖中雖然沒(méi)有畫出，但有時(shí)在石英板的上面或下面設(shè)有開槽的金屬天線)。這時(shí)，在石英板與等離子體的界面上會(huì)出現(xiàn)表面波，在這個(gè)波的電場(chǎng)的作用下電子被加速，等離子體就被提供了能量。使用磁場(chǎng)中的波ECR等離子體和螺旋波等離子體電子回旋共振（電子回旋共振（ECR）當(dāng)有磁場(chǎng)存在時(shí)，電子會(huì)在洛侖茲力作用下作環(huán)繞磁力線的回旋

26、運(yùn)動(dòng)。其頻率c由磁場(chǎng)決定。如果從外部施加同一頻率的振蕩電場(chǎng)，那么作回旋運(yùn)動(dòng)的電子會(huì)受到同相位電場(chǎng)的作用而被“直流式”地持續(xù)加速，電子由此獲得較高的動(dòng)能，這種現(xiàn)象成為ECR。利用這個(gè)原理的ECR等離子體裝置，由于吸收了微波能量的高速電子頻繁地引起電離，所以即使在低氣壓下也可獲得高密度的等離子體。例如，在0.1T量級(jí)的磁場(chǎng)中一1kW左右的微波（2.45GHz）從真空窗入射，在0.050.5Pa的低氣壓下也可生成高密度（1017m3）的等離子體。在磁場(chǎng)中，給天線通以頻率遠(yuǎn)低于電子回旋頻率(c)的高頻電流，即使在低氣壓下也可以容易地生成高密度的等離子體。這樣生成的等離子體叫做螺旋波等離子螺旋波等離子體

27、體。圖中，天線部分直徑0.1m左右，在0.01T的弱磁場(chǎng)中對(duì)天線輸入13.56MHz、1kW的高頻信號(hào)后就可以在15Pa的壓強(qiáng)下得到密度為10181019m3的強(qiáng)電離等離子體。第三部分 氣體放電等離子體的應(yīng)用等離子體電離氣體具有熱效應(yīng)等離子體電離氣體具有熱效應(yīng)相關(guān)應(yīng)用：等離子體弧焊、等離子體切割、等離子體熱噴涂、燒結(jié)、生成微粒材料、等離子體熔煉、城市垃圾焚燒、金屬材料表面處理等離子體電離氣體具有良好的化學(xué)活性等離子體電離氣體具有良好的化學(xué)活性相關(guān)應(yīng)用：材料表面改性、等離子體化學(xué)氣相沉積、等離子體刻蝕（太陽(yáng)能電池、LCD、LSI、及DRAM等制造工藝）、臭氧發(fā)生器、燃燒廢氣處理、汽車尾氣處理氣體放電具有強(qiáng)烈的可見輻射和非可見輻射氣體放電具有強(qiáng)烈的可見輻射和非可見輻射相關(guān)應(yīng)用：照明用放電管、霓虹燈、氣體激光器、等離子體顯示、紫外線光源、X射線源等離子體電離氣體具有良好的導(dǎo)電性，可作為優(yōu)良的流動(dòng)導(dǎo)體等離子體電離氣體具有良好的導(dǎo)電性，可作為優(yōu)良的流動(dòng)導(dǎo)體MHD發(fā)電、核聚變發(fā)電、閘流管、引燃管、靜電除塵力學(xué)效應(yīng)力學(xué)效應(yīng)相關(guān)應(yīng)用：濺射、離子注入、火箭推進(jìn)等離子體熱噴涂1等離子噴涂技術(shù)的應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)的應(yīng)用機(jī)床制造電機(jī)制造機(jī)車車輛制造冶金工業(yè)汽車制造宇航工業(yè)等離子噴涂Surface coating for engine housin