Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 11, Numéro 1, janvier 1976
Page(s) 143 - 148
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:01976001101014300
Rev. Phys. Appl. (Paris) 11, 143-148 (1976)
DOI: 10.1051/rphysap:01976001101014300

Évaluation de la densité numérique d'un plasma radio-fréquence par sondes électrostatiques et par interféromètre micro-ondes a faisceau focalisé

L. Nguyen Cao et R.R.J. Gagne

Département de génie électrique, Université Laval, Québec 10, P. Q., Canada


Abstract
In order to verify experimentally and compare recent ion theories for cylindrical electrostatic probes, the ion density in a radio-frequency plasma was evaluated from V-I curves by means of six different theories. At low pressures, the theories of Bernstein and Rabinowitz, of Lam, and Laframboise, give values of density which differ respectively by 20, 25 and 30 %, compared with the values obtained using a 10 GHz focussed microwave interferometer. At the continuum limit, the Schulz and Brown's, and Su and Kiel's theories give density values which disagree respectively by 55 and 20 %, compared with the values obtained by microwaves. For pressures varying from 0.05 to 3 mmHg, the decrease of ion current, as predicted theorically by Waymouth, was observed. The density perturbation near the probe was found to be a dominant factor affecting the precision of density measurements, for pressures up to 2 mmHg at least for our experimental conditions.


Résumé
Pour vérifier expérimentalement et comparer quelques théories ioniques récentes sur les sondes électrostatiques cylindriques, la densité numérique, d'un plasma produit par un champ radio-fréquence, a été évaluée, à partir des courbes tension-courant, au moyen de six théories différentes. Aux basses pression, les théories de Bernstein et Rabinowitz, de Lam et de Laframboise, donnent des densités avec des écarts respectifs de 20, 25 et 30 % par rapport aux valeurs obtenues au moyen d'un interféromètre focalisé opérant à 10 GHz. A la limite du continuum, les théories de Schulz et Brown, et de Su et Kiel, donnent des densités avec des écarts respectifs de 55 et 20 % par rapport aux valeurs obtenues par micro-ondes. Pour des pressions variant de 0,05 à 3 mmHg, la diminution du courant ionique prédit théoriquement par Waymouth a été observée. La perturbation de la densité dans le voisinage de la sonde apparaît être le facteur dominant affectant la précision des mesures de densité, jusqu'au moins 2 mmHg pour nos conditions expérimentales.

PACS
5270D - Electric and magnetic plasma diagnostic techniques, probes.
5270G - Radiofrequency and microwave plasma diagnostic techniques.

Key words
numerical analysis -- plasma diagnostics -- plasma probes -- radio frequency plasma -- electrostatic probes -- ion density -- density perturbation