直流辉光放电与射频辉光放电
- 格式:pdf
- 大小:1.95 MB
- 文档页数:34
辉光放电质谱应用和定量分析作者:吴赫淮鑫斌来源:《商品与质量·学术观察》2013年第04期摘要:辉光放电质谱(GDMS)是利用辉光放电源作为离子源的一种无机质谱方法。
本文作者介绍了GDMS的基本原理和特点,然后在应用和定量方面进行了深入研究。
关键词:辉光放电质谱深度分析应用定量分析辉光放电质谱法(GDMS)被认为是目前对固体导电材料直接进行痕量及超痕量元素分析的最有效的手段。
由于其可以直接固体进样,近20 年来已广泛应用于高纯金属、合金等材料的分析。
1、基本原理辉光放电(G10w Discharge)是一种低压气体放电现象,由于气体放电的操作简单,可以产生很强的离子流,所以在早期的质谱研究中,气体放电就被用作离子源。
在真空火花源发展之前,气体放电源体现了巨大的实用价值。
火花源质谱(SSMS)得到发展后,表现出了很强的分析能力,在相当长的一段时间里,辉光放电淡出了研究者的视野。
然而,随着火花源研究的不断深入,这种离子源的局限性也逐渐显露,而辉光放电源则以自身出色的稳定性重新获得了重视。
2、辉光放电质谱的特点2.1 辉光放电质谱的工作原理辉光放电质谱由辉光放电离子源和质谱分析器两部分组成。
辉光放电离子源(GD源)利用惰性气体(一般是氩气,压强约10-100Pa)在上千伏特电压下电离产生的离子撞击样品表面使之发生溅射,溅射产生的样品原子扩散至等离子体中进一步离子化,进而被质谱分析器收集检测。
辉光放电属于低压放电,放电产生的大量电子和亚稳态惰性气体原子与样品原子频繁碰撞,使样品得到极大的溅射和电离。
同时,由于GD源中样品的原子化和离子化分别在靠近样品表面的阴极暗区和靠近阳极的负辉区两个不同的区域内进行,也使基体效应大为降低。
GD 源对不同元素的响应差异较小(一般在10倍以内),并具备很宽的线性动态范围(约10个数量级),因此,即使在没有标样的情况下,也能给出较准确的多元素半定量分析结果,十分有利于超纯样品的半定量分析。
薄膜太阳能电池介绍
薄膜太阳能电池是一种新型的光伏器件,其核心原材料包括硅材料、非晶硅材料、CIGS材料和CdTe材料等。
其中,非晶硅材料是太阳能电池的核心原材料之一,具有降低制造成本、易于实现大面积和大批量连续生产等优点,是降低成本和提高光子循环效率的理想材料。
薄膜太阳能电池除了具有平面结构外,还具有可挠性和可制成非平面构造等特性,使其在应用范围上非常广泛,可以与建筑物结合或变成建筑物的一部分。
薄膜太阳能电池的制造方法包括电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅射法和热丝法等。
其中,射频辉光放电法由于其低温过程、易于实现大面积和大批量连续生产,已成为国际公认的成熟技术。
薄膜太阳能电池在光伏建筑一体化、屋顶并网发电系统以及光伏电站等领域有着广泛的应用前景。
此外,非晶硅薄膜太阳电池在高气温条件下衰减微弱,适合高温、荒漠地区建设电站。
同时,薄膜太阳能电池的原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产,具有广阔的市场前景。
2.2 电容耦合射频放电为了维持直流辉光放电,电极必须是可导电的。
如果其中一端或两端电极都不可导电,如当辉光放电用于绝缘材料的光谱化学分析或介质薄膜的沉积,此时电极表面附着绝缘材料,电极因正负电荷的积累而充电,辉光放电熄灭。
为了解 决这个问题,可以在电极间加交流电压,这样,每个电极都可以充当阳极和阴极,在电压正半周期时积累的部分电荷将会在电压负半周期时被抵消。
通常,电压频率为射频范围(1kHz-310kHz ,常见频率为13.56MHz )。
严格的说,在其他电压频率时,也会产生电容耦合放电,所以称其为交流放电更合适。
另外,频率应该很高,这样半个周期才会比绝缘体充满电的时间短。
否则,电极将会相继呈相反极性,引起短暂放电,而不是持续放电。
由计算可得,当所加电压频率大于100kHz 时,放电能持续。
实际上,很多射频辉光放电过程产生于13.56MHz 。
因为该频率是国际通信局规定的,其在传播一定能量的时候不会对通信产生干扰。
此时需要强调,所谓电容耦合,指的是将输入功率耦合为放电一种方式,也就是说,利用两个电极及其鞘层形成一个电容。
后面会讲到,射频功率也可以利用其它方法耦合放电。
在典型射频频率下,电子和离子的行为完全不同,这可通过它们不同的质量解释。
电子质量小,可以跟得上射频电压产生的时变电场的变化。
实际上,电子的固有频率,或所谓的电子等离子体频率为:;02εe e pe m e n w = e pe n f 9000=(Hz ) (1) e n 用3-cm 表示。
当电子密度从1010变化到31310-cm 时,等离子体频率由9×810变化至3×1010Hz ,比13.56MHz 大很多。
如果电压频率小于离子等离子体频率,离子可以跟得上鞘层内的电场的变化。
由于离子等离子体频率与质量呈反比,电子可以跟的上典型射频时电场的变化,而离子只能跟得上随时间均匀变化的电场。
电容耦合射频放电的另一个重要的方面是,自给偏压现象,也是由电子和离子质量的不同引起的。
一、填空题在离子镀膜成膜过程中,同时存在沉积和溅射作用,只有当前者超过后者时,才能发生薄膜的沉积薄膜的形成过程一般分为:凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程薄膜形成与生长的三种模式:层状生长,岛状生长,层状-岛状生长在气体成分和电极材料一定条件下,起辉电压V只与气体的压强P和电极距离的乘积有关。
1.表征溅射特性的参量主要有溅射率、溅射阈、溅射粒子的速度和能量等。
2. 溶胶(Sol)是具有液体特征的胶体体系,分散的粒子是固体或者大分子,分散的粒子大小在 1~100nm之间。
3.薄膜的组织结构是指它的结晶形态,其结构分为四种类型:无定形结构,多晶结构,纤维结构,单晶结构。
4.气体分子的速度具有很大的分布空间。
温度越高、气体分子的相对原子质量越小,分子的平均运动速度越快。
二、解释下列概念溅射:溅射是指荷能粒子轰击固体表面(靶),使固体原子(或分子)从表面射出的现象气体分子的平均自由程:每个分子在连续两次碰撞之间的路程称为自由程,其统计平均值:称为平均自由程,饱和蒸气压:在一定温度下,真空室内蒸发物质与固体或液体平衡过程中所表现出的压力。
凝结系数:当蒸发的气相原子入射到基体表面上,除了被弹性反射和吸附后再蒸发的原子之外,完全被基体表面所凝结的气相原子数与入射到基体表面上总气相原子数之比。
物理气相沉积法:物理气相沉积法(Physical vapor deposition)是利用某种物理过程,如物质的蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象,实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程真空蒸发镀膜法:是在真空室内,加热蒸发容器中待形成薄膜的源材料,使其原子或分子从表面汽化逸出,形成蒸气流,入射到固体(称为衬底、基片或基板)表面,凝结形成固态溅射镀膜法:利用带有电荷的离子在电场加速后具有一定动能的特点,将离子引向欲被溅射的物质作成的靶电极。
在离子能量合适的情况下,入射离子在与靶表面原子的碰撞过程中将靶原子溅射出来,这些被溅射出来的原子带有一定的动能,并且会沿着一定的方向射向衬底,从而实现薄膜的沉积。