Просторові та просторово усереднені параметри слабоіонізованої плазми газових розрядів низького тиску

У підрозділі 4.1 представлено основні рівняння, припущення просторово усередненої та одновимірної моделей пилової плазми, в яких електричне поле, що підтримує плазму, враховується самоузгоджено з іншими параметрами розряду. ФРЕЕ отримано з рівняння Больцмана, використовуючи підхід Лоренца.

У підрозділі 4.2, використовуючи просторово усереднену модель пилової плазми, досліджено, як параметри пилової аргонової плазми залежать від густини і розміру пилових частинок та потужності, що поглинається у розряді. Показано, що при збільшенні густини пилових частинок або їхнього розміру завдяки збільшенню електричного поля, що підтримує плазму, кількість високоенергетичних електронів відносно їх загального числа зростає. Електричне поле зростає, щоб збалансувати генерацію частинок у розряді та їх втрати на пилових частинках та стінках розрядної камери. При достатньо високій густині пилових частинок ФРЕЕ, яка у звичайній високочастотній плазмі є близькою до дрюйвестейнівського розподілу, завдяки осадженню електронів на пилових частинках може змінити форму і стати близькою до максвелівського розподілу електронів за енергією.

У підрозділі 4.3 досліджено вплив пружних та непружних електрон-пилових зіткнень на ФРЕЕ. З'ясовано, що непружні зіткнення електронів з пиловими частинками впливають на ФРЕЕ більш суттєво, ніж пружні електрон-пилові зіткнення. При одному і тому електричному полі, що підтримує плазму, функція розподілу електронів за енергією, яка була розрахована при врахуванні збирання електронів пиловими частинками, є меншою у діапазоні високих енергій та більшою за низьких енергій, ніж ФРЕЕ, що була розрахована без врахування непружних електрон-пилових зіткнень, враховуючи тільки пружні електрон-пилові зіткнення. Показано, що просторові розподіли параметрів плазми суттєво залежать від просторового розподілу густини пилових частинок. Ефективна температура електронів при просторово неоднорідному розподілі пилових частинок є також просторово неоднорідною, навіть при просторово однорідному високочастотному електричному полі, що підтримує плазму. В останньому випадку завдяки осадженню електронів на пилові частинки температура електронів є більшою там, де nd = 0.

У підрозділі 4.4 досліджено просторові розподіли густини електронів та іонів, електричного поля, що підтримує плазму, та температури електронів в ємнісних та індукційних високочастотних (13.56 МГц) розрядах при неоднорідному розподілі густини пилових частинок у плазмовому об'ємі цих розрядів. Розглянуто випадок, коли аксіальний розмір цих розрядів є значно меншим за їхній діаметр. Вважалося, що плазма ємнісного розряду є симетричною відносно площини z = 0, а амплітуда електричного поля , що підтримує плазму цього розряду, в квазінейтральній області розряду визначається рівнянням (Lieberman M. A., Lichtenberg A. J. Principles of Plasma Discharges and Materials Processing. - N. Y.: John Wiley & Sons, 1994. - 572 p):

,

де ,

а JT - амплітуда густини сумарного струму крізь плазмовий шар, яка не залежить від аксіальної координати z. =2рfE, fE = 13.56 МГц - частота генератора. У випадку індукційного розряду припускалося, що , де Ep0 - постійна, а k1-1 - глибина проникнення електричного поля до плазми. Показано обчислені розподіли ne, Ep та Teff для ємнісного та індукційного розрядів. У випадку, що відповідає вважалося, що густина пилових частинок nd = nd0 = const при 0.33 см < z < 0.67 см, nd зменшується лінійно до нуля в областях 0.3 см < z < 0.33 см та 0.67 см < z < 0.7 см. Для випадку, що відповідає, вважалося, що nd = nd0 = = const при 1.87 см < z < 5.48 см і nd зменшується лінійно до нуля в областях 1.75 см < z < 1.87 см та 5.48 см < z < 5.6 см.

З видно, що в ємнісному пиловому розряді ефективна температура електронів є вищою там, де nd ? 0, ніж у сусідніх областях з nd = 0. Зростання Teff в областях, де знаходяться пилові частинки, відбувається завдяки збільшенню високочастотного електричного поля в цих областях, яке в ємнісних розрядах залежить локально від густини електронів ( Ep ~1/ne при , а густина електронів в областях з nd ? 0 зменшується при зростанні густини пилових частинок).

В індукційних ВЧ розрядах ефективна температура електронів в області з пиловими частинками може бути меншою, ніж в сусідніх областях, в яких відсутні пилові частинки, завдяки осадженню електронів на пилові частинки і нелокальній залежності електричного поля, що підтримує плазму, від густини електронів.

У підрозділі 4.5 досліджено вплив просторового дрейфу електронів на ФРЕЕ у пиловій обмеженій плазмі. Показано, що довжина релаксації енергії електронів зменшується при зростанні розміру та густини пилових частинок. При достатньо високих аd, nd та параметрах плазми, що є типовими для експериментів з формування пилових частинок, вона є меншою за розміри плазми. При цьому ФРЕЕ добре описується однорідним рівнянням Больцмана.

У п'ятому розділі дисертації досліджено просторові розподіли електричної сили та сил захоплення пилових частинок іонами, що діють на пилові частинки в електронегативній плазмі, а також вплив на пилові частинки термічної сили в електропозитивній плазмі.

У підрозділі 5.1 описано основні сили, які діють на пилові частинки в газових розрядах низького тиску.

У підрозділах 5.2 та 5.3 досліджено просторовий розподіл сили захоплення пилових частинок негативними іонами в шарі електронегативної плазми за різних зовнішніх умов, порівняно цей розподіл з розподілами електричної сили та сили захоплення пилових частинок позитивними іонами. З'ясовано, що коли потоки позитивних та негативних іонів до стінок розрядної камери є приблизно однаковими, за абсолютною величиною є приблизно такою самою, як сила захоплення позитивними іонами, але спрямована в зворотному напрямку.

За високих густин негативних іонів n- завдяки силі захоплення негативними іонами сумарна сила захоплення іонами є значно меншою за силу захоплення позитивними іонами. Це може привести до того, що сумарна сила захоплення іонами буде меншою за електричну силу у всьому плазмовому об'ємі. При малих n- сумарна сила захоплення іонами в центральній частині розряду, як правило, є більшою за eZd, де - електричне поле просторового заряду. Частка залежить від густини негативних іонів, тиску робочого газу та розміру пилових частинок. Варіюючи зовнішні параметри, можна керувати абсолютним значенням та напрямком сумарної сили

,

що діє на пилові частинки в шарі електронегативної плазми.

У підрозділі 5.4 досліджено можливість осадження пилових частинок радіусом 10 - 50 нм в електропозитивній плазмі на зразок, що знаходиться біля дна розрядної камери. Показано, що змінюючи температуру зразка, на який осаджуються пилові частинки, можна керувати процесом осадження пилових частинок. Коли температура зразка є меншою за температуру робочого газу в центральній частині розряду, термічна сила, яка діє на пилові частинки в плазмовому об'ємі та шарі просторового заряду біля зразка, сприяє осадженню пилових частинок на зразок.

У висновках наведено основні наукові результати, які були отримані у дисертаційній роботі.

Висновки

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, яке полягає в розробці фізичних засад газових розрядів низького тиску (індукційних, на ПХ та з пиловими частинками) та в керуванні просторовими та просторово усередненими параметрами цих розрядів. Побудовано гідродинамічні моделі для плазмових стовпів, що підтримуються ПХ, в яких враховано перенос енергії електронами. З'ясовано, як зовнішні параметри впливають на просторовий розподіл густини потоку іонів на поверхню, що обробляється в індукційному джерелі плазми. Побудовано гідродинамічні та кінетичні теорії газових розрядів, які містять у своєму об'ємі пилові частинки, та встановлено вплив пилових частинок на параметри плазми газових розрядів низького тиску. Показано, що в плазмі з негативними іонами сила захоплення пилових частинок негативними іонами може бути одного порядку з іншими силами, які діють на пилові частинки.

Наведемо основні результати, які здобуто в дисертаційній роботі:

1. Визначено вплив радіального теплового потоку електронів на радіальні розподіли параметрів плазми, що підтримується аксіально-симетричними поверхневими хвилями в довгих циліндричних трубках. Показано, що за типових умов оперування газових розрядів на поверхневих хвилях тепловий потік електронів суттєво впливає на параметри розряду.

2. За різних зовнішніх умов обчислено просторові розподіли густини, температури електронів та потоки іонів на поверхню, що обробляється в індукційному розряді частотою 13.56 МГц. Встановлено, як тиск робочого газу, ВЧ потужність, що поглинається в розряді, та геометрія індуктора впливають на параметри індукційного джерела плазми. Теоретично показано, що для отримання максимально однорідних потоків іонів на дно камери краще розташовувати витки зі струмом на боковій, а не на верхній поверхні камери.

3. Встановлено вплив тиску робочого газу, потужності, що поглинається в розряді, та температури робочого газу на просторові розподіли густини та температури електронів, густини атомів аргону у 3р55p збудженому стані в індукційному джерелі плазми, що підтримується струмом частотою 0.46 МГц з робочим газом аргоном. Показано, що температура електронів у цьому індукційному джерелі плазми зростає при збільшенні температури робочого газу.

4. Розроблено глобальну (для знаходження середніх величин) модель Ar/CH4/H2 індукційного джерела плазми, яке створено у Нанянг технологічному університеті м. Сінгапур і використовувалось при осадженні вуглецевих наноконусів. За допомогою цієї моделі визначено густини іонів та нейтральних частинок, потоки іонів та радикалів на дно камери, ефективну температуру електронів та ступені дисоціації метану та водню. Теоретично показано, що густини частинок та їхні потоки на зразок можна ефективно змінювати, варіюючи ВЧ потужність, що поглинається в розряді, та швидкості газопотоку метану та аргону. Встановлено, що за умов формування наноконусів потоки іонів на дно камери, які містять вуглець та водень, приблизно дорівнюють потокам вуглеводневих радикалів. Розроблено теоретичну модель, що описує формування вертикальних вуглецевих нановолокон в плазмових реакторах. Теоретично показано, що швидкість росту нановолокон зростає при збільшенні потоку іонів на зразок та зменшується при збільшенні потоку атомів газу, що травить поверхню.

5. Розроблено одновимірну теоретичну модель високочастотного ємнісного Ar-C2H2 розряду з пиловими частинками. З'ясовано, як пилові частинки впливають на поглинання енергії у розряді (враховуючи омічне нагрівання у розряді та стохастичне нагрівання у шарах просторового заряду біля електродів), на просторовий розподіл інтенсивності випромінювання 660.45 нм лінії атомів аргону, на розмір шарів просторового заряду, на ВЧ електричне поле, а також на енергію іонів, з якою вони бомбардують електроди. Теоретично показано, що розмір шарів просторового заряду біля електродів та поглинання потужності в цих шарах у ємнісному Ar-C2H2 пиловому розряді зменшується зі збільшенням радіусу пилових частинок.

6. Розроблено гідродинамічні моделі електронегативних розрядів з пиловими частинками субмікронного та нанометрового розмірів. З'ясовано, як властивості плазми цих розрядів залежать від зовнішніх параметрів (тиску робочого газу, потужності, що поглинається на одиниці площі, та розміру плазмового шару), випромінювання атомів, які перебувають у збуджених станах, розміру та густини пилових частинок. Показано, що у пиловій електронегативній плазмі при просторовому розподілі пилових частинок, близькому до однорідного, зі зростанням густини або розміру пилових частинок просторовий розподіл густини іонів стає більш однорідним.

7. Розроблено кінетичні моделі обмеженої пилової плазми, за допомогою яких теоретично з'ясовано, як пилові частинки субмікронного розміру впливають на функцію розподілу електронів за енергією. Показано, що вплив непружних електрон-пилових зіткнень на розподіл електронів за енергією є більш суттєвим, ніж вплив пружних електрон-пилових зіткнень. За високих густин пилових частинок завдяки непружним електрон-пиловим зіткненням функція розподілу електронів за енергією у ВЧ аргоновій плазмі може стати близькою до максвелівського розподілу.

8. Використовуючи кінетичний підхід, обчислено просторові розподіли густини та ефективної температури електронів в ємнісних та індукційних розрядах з неоднорідним просторовим розподілом густини пилових частинок. Показано, що ефективна температура електронів Teff в ємнісних розрядах зростає в областях з підвищеною густиною пилових частинок завдяки збільшенню амплітуди високочастотного електричного поля. В індукційних розрядах Teff в областях з високою густиною пилових частинок може бути меншою, ніж у сусідніх областях без пилових частинок, завдяки збиранню високоенергетичних електронів пиловими частинками, а також завдяки нелокальній залежності високочастотного електричного поля від густини електронів.

9. Проаналізовано, як дифузія електронів, що виникає у пиловому розряді завдяки просторовій неоднорідності плазми, впливає на функцію розподілу електронів за енергією, ефективну температуру електронів та заряд пилових частинок. Знайдено умови, за яких електрони у розряді з пиловими частинками мають функцію розподілу електронів за енергією, що описується однорідним рівнянням Больцмана.

10. Обчислено просторовий розподіл сили захоплення пилових частинок негативними іонами у шарі електронегативної плазми за різних тисків робочого газу, радіусів пилових частинок та густин електронів та негативних іонів. Порівняно цей розподіл з розподілами електричної сили та сили захоплення пилових частинок позитивними іонами. Показано, що за малих густин іонів (коли іон-іонна рекомбінація є несуттєвою) сила захоплення пилових частинок негативними іонами є значно меншою за силу захоплення позитивними іонами. За високих густин іонів, коли втрати іонів у рекомбінаційних процесах стають суттєвими, сила захоплення пилових частинок негативними іонами може бути одного порядку з силою захоплення позитивними іонами і спрямована у напрямку, протилежному силі захоплення позитивними іонами.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Azarenkov N. A., Denysenko I. B., Gapon A.V., Johnston T. W. The radial structure of a plasma column sustained by a surface wave // Physics of Plasmas. - 2001. - Vol. 8 , № 5. - Р. 1467 -1481.

2. Denysenko I. B., Azarenkov N. A., Yu M. Y. Radial structure of surface-wave sustained plasmas // Physica Scripta. - 2002. - Vol. 65. - P. 76 - 82.

3. Azarenkov N.A., Gapon A.V., Denisenko I.B., Smolyakov A.I. Influence of resonance energy absorption on the properties of gas discharge maintained by asymmetric surface waves // Physica Scripta. - 1999. - Vol.59. - P. 298 - 301.

4. Denysenko I.B., Gapon A.V, Azarenkov N.A., Ostrikov K.N., Yu M.Y. Parameters and equilibrium profiles for large-area surface-wave sustained plasmas // Physical Review E. - 2002. -Vol. 65, 046419. - 11 p.

5. Азаренков Н. А., Гапон А. В., Денисенко И. Б., Клепиков В. Ф. Газовый разряд на поверхностных волнах между двумя плоскими металлическими поверхностями во внешнем магнитном поле // Радиофизика и радиоастрономия. - 1998. - Т. 3, № 1. - С. 61 - 67.

6. Denysenko I., Dudin S., Zykov A., Azarenkov N., Yu M. Y. Ion flux uniformity in inductively coupled plasma sources // Physics of Plasmas. - 2002. - Vol. 9, № 11. - P. 4767 - 4775.

7. Ostrikov K. N., Denysenko I. B., Tsakadze E. L., Xu S., Storer R. G. Diagnostics and two-dimensional simulation of low-frequency inductively coupled plasmas with neutral gas heating and electron heat fluxes // Journal of Applied Physics. - 2002. - Vol. 92, № 9. - P. 4935 - 4946.

8. Denysenko I. B., Xu S., Long J. D., Rutkevych P. P., Azarenkov N. A., Ostrikov K. Inductively coupled Ar/CH4/H2 plasmas for low-temperature deposition of ordered carbon nanostructures // Journal of Applied Physics. - 2004. - Vol. 95, № 5. - P. 2713 - 2724.

9. Denysenko I., Ostrikov K. Ion-assisted precursor dissociation and surface diffusion: Enabling rapid, low-temperature growth of carbon nanofibers //Applied Physics Letters. - 2007. - Vol. 90, 251501. - 3 р.

10. Denysenko I., Berndt J., Kovacevic E., Stefanovic I., Selenin V., Winter J. The response of a capacitively coupled discharge to the formation of dust particles: Experiments and modeling // Physics of Plasmas. - 2006. - Vol.13, 073507. - 10 p.

11. Ostrikov K., Denysenko I. B., Vladimirov S.V., Xu S., Sugai H., Yu M. Y. Low-pressure diffusion equilibrium of electronegative complex plasmas // Physical Review E. - 2003. - Vol. 67, 056408. - 13 p.

12. Denysenko I. B., Ostrikov K., Xu S., Storer R. G. Spatial distribution of plasma parameters in a nanoparticle-loaded silane discharge // Singapore Journal of Physics. - 2001. - Vol. 17, № 1. - P. 79-91.

13. Denysenko I. B., Ostrikov K., Xu S., Yu M. Y., Diong C. H. Nanopowder management and control of plasma parameters in electronegative SiH4 plasmas // Journal of Applied Physics. - 2003. - Vol. 94, № 9. - P. 6097- 6107.

14. Denysenko I., Ostrikov K., Rutkevych P. P., Xu S. Numerical simulation of nanoparticle-generating electronegative plasmas in the PECVD of nanostructured silicon film // Computational Materials Science. - 2004. - Vol. 30. - P. 303 - 307.

15. Denysenko I., Yu M. Y., Azarenkov N. A. Effect of negative-ion flux on ion distribution around a spherical probe in electronegative plasmas // Physics of Plasmas. - 2006. - Vol. 13, 013505. - 7 p.

16. Denysenko I., Yu M. Y., Ostrikov K., Smolyakov A. Spatially averaged model of complex-plasma discharge with self-consistent electron energy distribution // Physical Review E. - 2004. - Vol. 70, 046403. - 12 p.

17. Denysenko I., Yu M. Y., Ostrikov K., Azarenkov N. A., Stenflo L. A kinetic model for an argon plasma containing dust grains // Physics of Plasmas. - 2004. - Vol. 11, № 11. - P. 4959 - 4967.

18. Denysenko I., Ostrikov K., Yu M. Y., Azarenkov N. A. Behavior of the electron temperature in nonuniform complex plasmas // Physical Review E. - 2006. - Vol. 74, 036402. - 6 p.

19. Denysenko I., Yu M. Y., Xu S. Effect of plasma nonuniformity on electron energy distribution in a dusty plasma // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2005. - Vol. 38. - P. 403 - 408.

20. Ostrikov K., Denysenko I., Yu M. Y., Xu S. Electron energy distribution function in low-pressure complex plasmas // Journal of Plasma Physics. - 2005. - Vol. 71, № 2. - P. 217 - 224.

21. Denysenko I., Yu M. Y., Stenflo L., Azarenkov N. A. Ion drag on dust grains in electronegative plasmas // Physics of Plasmas. - 2005. - Vol. 12, 042102. - 8 p.

22. Denysenko I., Yu M. Y., Stenflo L., Xu S. Ion drag force in plasmas at high electronegativity // Physical Review E. - 2005. - Vol.72, 016405. - 9 p.

23. Rutkevych P. P., Ostrikov K., Denysenko I. B., Storer R. G., Xu S. Simulation of gas-phase nanoparticle dynamics in the plasma-enhanced chemical vapor deposition of carbon nanostructures // Physica Scripta. - 2004. - Vol. 70. - P. 322 - 325.

Анотація

Денисенко І.Б. “Просторові та просторово усереднені параметри слабоіонізованої плазми газових розрядів низького тиску” -- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.08 -- фізика плазми. -- Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна, Харків, 2007.

У дисертації теоретично досліджено властивості газових розрядів низького тиску (індукційних, на поверхневих хвилях (ПХ) та з пиловими частинками) та розроблено методи керування просторовими та просторово усередненими параметрами цих розрядів. Побудовано гідродинамічні моделі для плазмових стовпів, що підтримуються ПХ, в яких враховано перенос енергії електронами. Вивчено вплив зовнішніх параметрів на радіальний розподіл густини потоку іонів на поверхню, що обробляється в індукційному джерелі плазми, та на властивості Ar/CH4/H2 індукційного джерела плазми, яке використовувалося при вирощуванні вуглецевих наноструктур. Побудовано гідродинамічні та кінетичні теорії газових розрядів, які містять у своєму об'ємі пилові частинки, та встановлено вплив пилових частинок субмікронного та нанометрового розмірів на параметри плазми газових розрядів низького тиску. Показано, що в плазмі з негативними іонами сила захоплення пилових частинок негативними іонами може бути одного порядку з іншими силами, які діють на пилові частинки.

Ключові слова: плазма, газовий розряд, поверхневі хвилі, індукційне джерело плазми, пилові частинки, сили, які діють на пилові частинки.

Аннотация

Денисенко И. Б. “Пространственные и пространственно усредненные параметры слабоионизованной плазмы газовых разрядов низкого давления ”-- Рукопись.

Диссертация на соискание степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.08 -- физика плазмы. -- Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина, Харьков, 2007.

В диссертации теоретически исследованы свойства газовых разрядов низкого давления (индукционных, на поверхностных волнах (ПВ) и с пылевыми частицами) и разработаны методы управления пространственными и пространственно усредненными параметрами этих разрядов. Построены гидродинамические модели для плазменных столбов, поддерживаемых ПВ, в которых учитывается перенос энергии электронами. Изучено влияние внешних параметров на радиальное распределение плотности потока ионов на поверхность, обрабатываемую в индукционном источнике плазмы, и на свойства Ar/CH4/H2 индукционного источника плазмы, использовавшегося при выращивании углеродных наноструктур. Построены гидродинамические и кинетические теории газовых разрядов, содержащих в своем объеме пылевые частицы, и определено влияние пылевых частиц на параметры плазмы газовых разрядов низкого давления. Показано, что в плазме с отрицательными ионами сила захвата пылевых частиц отрицательными ионами может быть одного порядка с другими силами, действующими на пылевые частицы.

Ключевые слова: плазма, газовый разряд, поверхностные волны, индукционный источник плазмы, пылевые частицы, силы, действующие на пылевые частицы.

Summary

Denysenko I. B. “Spatial and spatially averaged parameters of low-ionised gas discharge plasmas at low pressures” -- Manuscript.

Doctor of Science in physics and mathematics on specialty 01.04.08 -- plasma physics. -- V. N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, 2007.

The thesis is devoted to study of processes (ionization and excitation of neutral particles, transport of ions and electrons, energy transport and absorption) in low-ionised gas discharge plasmas and parameters of the plasmas (densities of neutral and charged particles and their fluxes, electron energy distribution function, electron temperature, forces affecting dust particles). Gas discharges sustained by surface waves, inductively coupled plasmas and discharges with dust particles are considered. It is shown how varying external conditions, one can control parameters of the discharges.

The first chapter of the thesis is devoted to theoretical investigation of properties of gas discharges sustained by surface waves. It is studied how radial thermal flux of electrons affects the radial distributions of plasma parameters in long cylindrical plasma columns sustained by axially-symmetric surface waves. The discharges in dielectric tubes with external metal coating as well as without the coating are considered. A two-dimensional hydrodynamical model of a short (the plasma radius is larger or about the same magnitude as it's length) cylindrical discharge, sustained by azimuthal surface waves, and a model of a discharge, sustained by symmetric surface waves between metal planes in an external magnetic field, are also developed.

In the second chapter of the thesis the spatial distributions of the electron density, electron temperature and of the ion fluxes on chamber bottom in inductively coupled argon plasmas are studied theoretically. A spatially-averaged model of an Ar/CH4/H2 inductively coupled plasma source, which was used in carbon nanostructure deposition, is also developed. Using the model, properties of the Ar/CH4/H2 plasma source were investigated. Growth of carbon nanofibers in hydrocarbon plasma is also studied. It is shown that ions and hydrogen atoms affect essentially the growth. Results of numerical calculations were compared with available experimental data and found to be in good agreement.

One-dimensional hydrodynamical models of electropositive capacitively coupled and electronegative gas discharges with submicron and nanosize dust particles are developed in the third chapter. The effects of dust grains on the electron and ion densities, the electron temperature, the power absorption, the sheath size, the radio frequency (rf) electric field and on the energy of positive ions bombarding the discharge boundaries are investigated. In particular, it is shown that the decrease of the power absorption in the sheaths of complex electropositive plasmas is due to the dependence of the stochastic and Ohmic heating in the plasma sheaths on the electron temperature and the current flowing across the discharge plates. The electric potential and the electron- and ion-density profiles near a spherical probe in electronegative plasmas containing negative as well as positive ions are also studied in the chapter. It is shown that for relatively large probe radius and neutral-gas pressure, and/or small electron-to-ion temperature ratio, the density profile of the negative ions can differ from that of Boltzmann if their flux near the probe is outwards.

In the fourth chapter of the thesis kinetic models for argon plasmas containing charged dust or colloidal grains are presented. It is shown that dust particles can strongly affect the plasma parameters by modifying the electron energy distribution, the electron temperature, the creation and loss of plasma particles, as well as the spatial distributions of the electrons and ions. Electron collection by the dust grains is the main cause for the change in the electron distribution function. It is shown that for typical regimes of operation of capacitively coupled rf dusty plasmas with nonuniform dusty particle distribution, the electron temperature in the dusty region is larger than that in the neighboring dust-free region since the rf electric field is inversely proportional to the local electron density. In inductively coupled plasmas the temperature in the dusty region may not be larger than that in the neighboring dust-free region where the rf electric field depends on the spatially averaged electron density.

In the fifth chapter spatial distributions of ion drug and electric forces, affecting dust particles in a slab of low-ionised electronegative plasma, are studied for different external conditions. At relatively large ion densities, when ion-ion recombination is important in the ion loss, among the forces acting on the dust grain, the negative-ion drag force is found to be important. The effects of the negative-ion density, neutral-gas pressure, and dust-grain size on the forces are also considered. In the chapter it is also studied if dust particles with radius of 10-50 nm can deposit to a substrate. It is shown that varying the substrate temperature one can control thermophoretic force affecting the dust particles and the dust particle deposition.

Key words: plasma, gas discharge, surface waves, inductively coupled plasmas, dust particles, forces affecting dust particles.

Размещено на Allbest.ru