Rev. Phys. Appl. (Paris) 23, 1749-1754 (1988)
DOI: 10.1051/rphysap:0198800230100174900

Production of argon metastable atoms in high pressure (20-300 Torr) microwave discharges

J. Muzart¹, A. Granier², J. Marec² et A. Ricard<sup>2

1</sup>  Departamento de Fisica, Universite Federal de Santa Catarina, 88000 Florianopolis (S.C.), Brasil
²  Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas, Université Paris Sud, Bâtiment 212, 91405 Orsay Cedex

Abstract
The production of Ar(3P2) metastable atoms has been determined in high pressure (20-300 Torr) and low power (5-30 W) argon 2.45 GHz microwave discharges. The following plasma parameters have been measured : the gas temperature, deduced from the rotational spectra of CN radical in impurity in argon, was found between 380 K (20 Torr, 5 W) and 840 K (300 Torr, 30 W) ; the Ar (3P2) concentration (n M), measured by the resonant optical absorption method, ranged from 1 to 5 × 1011 cm-3 ; the electron density (n e), measured by the phase variation of the outside electric field, was from 3 to 20 × 1012 cm-3. With a n M/ ne density ratio of 0.065, the 2.45 GHz microwave plasma appears to be a more ionized than excited gas medium.

Résumé
La production d'atomes métastables d'argon Ar(3P2) a été déterminée dans des décharges microondes de 2.45 GHz à fortes pressions (20 à 300 Torr) et faibles puissances (5 à 30 W). Les paramètres suivants du plasma ont été mesurés : la température du gaz, déduite du spectre rotationnel du radical CN en impureté dans l'argon, est comprise entre 380 K (20 Torr, 5 W) et 840 K (300 Torr, 30 W) ; les concentrations de Ar (3P2), notées nM, mesurées par la méthode de l'absorption optique résonnante, sont comprises entre 1 et 5 × 1011 cm-3 ; la densité électronique (ne), mesurée par la variation de phase du champ électrique extérieur, varie de 3 à 20 × 1012 cm-3. Avec un rapport de densités nM/ne de 0.065, le plasma micro-onde à 2.45 GHz apparaît être un milieu gazeux plus ionisé qu'excité.

PACS
5280P - High frequency discharges.
5270 - Plasma diagnostic techniques and instrumentation.
5225L - Plasma temperature and density.
3150 - Excited states of atoms and molecules.

Key words
argon -- atomic metastable states -- high frequency discharges -- plasma density -- plasma diagnostics -- metastable atoms -- microwave discharges -- resonant optical absorption -- electron density -- excited gas -- 5 to 30 W -- 2.45 GHz -- 380 to 840 K -- 20 to 300 torr -- Ar