[发明专利]发射探针及用于等离子体诊断的方法

说明书

本发明提供一种发射探针及用于等离子体诊断的方法，属于等离子体诊断技术领域，包括支架；支架的一端设有电子发射部；支架的外部设有偏置电压加载部，偏置电压加载部位于靠近电子发射部的一端；其中，使用的发射探针进行等离子体诊断时，电子发射部的一端和偏置电压加载部均连接外部偏置电压加载电路。本发明等离子体空间电位由发射探针零发射极限时的伏安特性曲线的拐点电势直接给出，测量过程简单，避免了电子发射电流对特性曲线的影响，降低了发射探针灯丝温度对等离子体的扰动影响，延长了发射探针使用寿命，提高了等离子体的电子密度以及电子能量分布函数等参数的计算准确性，保证对等离子体空间电位测量结果的准确性。

技术领域

本发明涉及等离子体诊断技术领域，具体涉及一种发射探针及用于等离子体诊断的方法。

背景技术

等离子体空间电位作为描述等离子体的重要参数，其准确测量无论是在低温等离子体工业应用、等离子体鞘层结构研究以及等离子体静电探针诊断中都具有举足轻重的作用。尤其是在等离子体静电探针诊断中，根据经典的朗缪尔探针理论，朗缪尔单探针I-V特性曲线的一阶导峰值电势(即伏安特性曲线的拐点电势)即为等离子体空间电位，该电位所对应的探针收集电流即为电子饱和收集电流。因此，以拐点电势作为基准点进一步分析探针伏安特性曲线过渡区的电流信号就能够得到等离子体的电子密度、电子温度以及电子能量分布函数等其他参数。

在现有的静电探针诊断技术中，由于发射探针具有工作温度高、探针不易污染以及电子发射电流不易受环境因素干扰等优点，因而在等离子体空间电位准确测量方面具有独特的优势。在目前所有的发射探针诊断技术中，发射探针的零发射极限拐点电势法被认为是能够最准确地获得等离子体空间电位的方法。该方法的基本依据是：在发射探针的电子发射过程中，由于电子发射所引起的空间电荷效应能够改变发射探针I-V特性曲线拐点电势的位置，并且随着电子发射的增强，发射探针灯丝周围的空间电荷效应逐渐增强，最终导致探针I-V特性曲线的拐点电势近似呈线性下降。因此，通过测量多条不同电子发射状态下的发射探针I-V特性曲线，分别获得发射探针拐点电势以及电子发射电流与灯丝加热电流之间的关系，最后通过线性拟合拐点电势与灯丝加热电流的关系并外推至电子发射电流为零处，如此获得的零发射极限拐点电势能够有效避免空间电荷效应对测量结果的影响，即为准确的等离子体空间电位。

尽管发射探针的零发射极限拐点电势法能够获得最准确的等离子体空间电位，然而这种方法具有非常繁琐的操作流程和大量的实验数据处理任务，尤其是不适宜利用该方法进行等离子体空间分布测量以及鞘层结构测量等等。此外，与发射探针灯丝连接处的支架上存在的悬浮鞘层能够对金属探针产生一定的遮挡，即形成所谓的“终端效应”，从而影响探针灯丝的电子收集电流以及有效的电流收集面积，并且电子发射电流的存在也能够显著改变发射探针I-V特性曲线的形状以及拐点的位置，这些因素最终导致无法利用发射探针获得可靠的电子温度、电子密度等其他等离子体参数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够获得多个等离子体参数、简化等离子体参数诊断操作流程的发射探针及用于等离子体诊断的方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一方面，本发明提供一种发射探针，包括：

支架；

所述支架的一端设有电子发射部；

所述支架的外部设有偏置电压加载部，所述偏置电压加载部位于靠近所述电子发射部的一端；使用所述的发射探针进行等离子体诊断时，所述电子发射部的一端和所述偏置电压加载部均连接外部偏置电压加载电路。

优选的，所述电子发射部的另一端连接另一支架，该另一支架上设有另一偏置电压加载部，该偏置电压加载部位于靠近所述电子发射部的一端；两个所述偏置电压加载部之间电性连接。

优选的，所述支架内设有导电部，所述导电部的一端连接所述电子发射部。