微空心阴极放电

摘要：

微空心阴极放电是空心阴极放电中的一种，它只是将阴极孔径变为了亚毫米量级，是在高气压下进行的辉光放电。

空心阴极放电效应具有一些独特的光学特性：能产生锐线光谱、大电流电子束、离子溅射作用强、高能电子数多。空心阴极放电效应广泛应用到光谱分析、真空镀膜、表面处理、气体激光器等领域。

高气压下放电有利于三体碰撞形成准分子，产生紫外（UV）或真空紫外（VUV）辐射

典型的空心阴极放电装装置：

当阴极内径较大且气压较高时，阴极附近将出现阴极暗区和负辉区，而法拉第俺去和正柱区处在中央，此时缩小阴极内径尺寸或减小气压，则法拉第暗区和正柱区消失，处在中央的是负辉区。即发生了空心阴极效应：负辉区的发光强度和电流密度大大增加，高能电子的密度比正常辉光放电时麦克斯韦分布要大得多。

发生空心阴极效应得机理是电子的摆动.从C1逸出的电子受到C1的电场加速，若能获得足够的能量入射到C2的阴极位降区，它将受到C2的电场排斥而返回C1。电子的来回摆动大大增加了中性原子被激发和电离的机会。

要发生空心阴极效应PD值（气压和阴极孔径的乘积）有一定的取值范围。

随气压的增加，电子的平均自由程减小。

对于空心阴极放电，为了使负辉区重合，大孔径下必须减小气压；高气压下必须减小孔径。通过减小阴极孔径到亚毫米量级，我们可以得到大气压下的空心阴极放电。

微空心阴极放电结构：

利用微空心阴极放电产生空心阴极效应，不仅要满足PD值的要求，还取决于放电电流的大小。当电流很小时，电场表现为轴向电场，放电模式为汤生放电模式，随电流的增加，轴向电场减小，而径向电场增加，电场慢慢变为空心阴极放电微分电阻（dv/di）为负值，伏安特性曲线的转折点即为转变的临界点，随电流的继续增加，放电模式转

变为反常辉光放电模式。放电微分电阻为正值。

形成准分子辐射的两个条件：高能分子数目多和气压。

三体碰撞激：R*+R+R→R+R2*

激发原子和两个惰性气体原子进行碰撞产生准分子和惰性气体原子。激发反应：e+R→e+R*

惰性气体分子与高能电子进行碰撞产生高能电子和激发原子；

准分子辐射：

准分子产生两个惰性气体原子和能量R2*→R+R+hv

激发态原子可以通过三体碰撞和自发辐射两种方式消失。

微空心阴极放电的伏安特性曲线：

电流