ويمكن أن تتباين كثافة مادة البلازما تباينًا كبيرًا اعتمادًا على طريقة توليد البلازما والظروف التي يتم إنشاؤها في ظلها. ويمكن تمييز البلازما من خلال درجة تأينها، والتي تتراوح بين التأين الضعيف (كما هو الحال في البلازما السعوية) إلى المتأين بالكامل. وتُقاس كثافة البلازما عادةً بالجسيمات لكل سنتيمتر مكعب (cm^-3).
ملخص الإجابة:
تتباين كثافة مادة البلازما تباينًا كبيرًا، وتتراوح بين الكثافات المنخفضة في البلازما السعوية والكثافات العالية التي تتحقق من خلال طرق مثل التفريغ الحثي ورنين السيكلوترون الإلكتروني وهوائيات الموجات الهليكونية. تتأثر كثافة البلازما بالطاقة وطريقة التأين.
-
الشرح التفصيلي:البلازما منخفضة الكثافة:
-
عادةً ما تكون البلازما ذات الكثافة السعوية، التي غالبًا ما تُستخدم في عمليات مثل الترسيب الكيميائي المعزز بالبلازما بالبخار (PECVD)، مؤينة بشكل ضعيف. وفي هذه البلازما يكون التأين في هذه البلازما محدودًا، مما يؤدي إلى كثافات أقل. ولا تكون السلائف في هذه البلازما غير منفصلة بدرجة عالية، مما يؤدي إلى انخفاض معدلات الترسيب وانخفاض كثافة البلازما بشكل عام.البلازما عالية الكثافة:
-
من ناحية أخرى، يمكن توليد البلازما عالية الكثافة باستخدام التفريغ الاستقرائي، حيث تستحث إشارة عالية التردد مجالاً كهربائياً داخل التفريغ، مما يؤدي إلى تسريع الإلكترونات في جميع أنحاء البلازما بدلاً من حافة الغلاف فقط. ويمكن لهذه الطريقة تحقيق كثافات بلازما أعلى بكثير، وهي ضرورية للعمليات التي تتطلب معدلات ترسيب عالية أو مستويات عالية من تفكك السلائف.تقنيات أخرى للبلازما عالية الكثافة:
-
تُعد مفاعلات الرنين السيكلوتروني الإلكتروني وهوائيات الموجات الحلزونية من التقنيات الأخرى المستخدمة لإنشاء تصريفات عالية الكثافة. وتتضمن هذه الأساليب استخدام قوى إثارة عالية، غالباً ما تكون 10 كيلوواط أو أكثر، لتوليد البلازما والحفاظ عليها بكثافات عالية.تفريغ التيار المستمر في البيئات الغنية بالإلكترونات:
-
هناك طريقة أخرى لتحقيق البلازما عالية الكثافة من خلال تفريغ التيار المستمر في بيئة غنية بالإلكترونات، وعادة ما يتم الحصول عليها عن طريق الانبعاث الحراري من خيوط مسخنة. وينتج عن هذه الطريقة بلازما عالية الكثافة ومنخفضة الطاقة، وهي مفيدة للترسيب الفوقي بمعدلات عالية في مفاعلات الترسيب الكيميائي بالبخار المحسّن بالبلازما منخفضة الطاقة (LEPECVD).كثافة البلازما الباردة:
تتميز البلازما الباردة، أو البلازما غير المتوازنة، بوجود الإلكترونات في درجات حرارة عالية جداً (أكثر من 10000 كلفن) بينما تبقى الذرات المتعادلة في درجة حرارة الغرفة. وتكون كثافة الإلكترونات في البلازما الباردة منخفضة بشكل عام مقارنة بكثافة الذرات المتعادلة. وعادة ما يتم إنتاج البلازما الباردة عن طريق تطبيق الطاقة الكهربائية على الغازات الخاملة في درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي، مما يجعلها متاحة وميسورة التكلفة لمختلف التطبيقات.
وفي الختام، تُعد كثافة مادة البلازما معلمة حاسمة تعتمد على طريقة توليد البلازما وظروف بيئة البلازما. وتُعدّ البلازما عالية الكثافة ضرورية للعديد من التطبيقات الصناعية والعلمية، ويتم استخدام تقنيات مختلفة لتحقيق كثافات البلازما المطلوبة.
