[發明專利]發射探針及用于等離子體診斷的方法

有效

• 申請號: 202110784868.5
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113543439B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 李建泉;謝新堯;張清和;邢贊揚;李延輝;郭新
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H05H1/00
• 分類號: H05H1/00;H05H1/24
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 朱忠范

本發明提供一種發射探針及用于等離子體診斷的方法，屬于等離子體診斷技術領域，包括支架；支架的一端設有電子發射部；支架的外部設有偏置電壓加載部，偏置電壓加載部位于靠近電子發射部的一端；其中，使用的發射探針進行等離子體診斷時，電子發射部的一端和偏置電壓加載部均連接外部偏置電壓加載電路。本發明等離子體空間電位由發射探針零發射極限時的伏安特性曲線的拐點電勢直接給出，測量過程簡單，避免了電子發射電流對特性曲線的影響，降低了發射探針燈絲溫度對等離子體的擾動影響，延長了發射探針使用壽命，提高了等離子體的電子密度以及電子能量分布函數等參數的計算準確性，保證對等離子體空間電位測量結果的準確性。

技術領域

本發明涉及等離子體診斷技術領域，具體涉及一種發射探針及用于等離子體診斷的方法。

背景技術

等離子體空間電位作為描述等離子體的重要參數，其準確測量無論是在低溫等離子體工業應用、等離子體鞘層結構研究以及等離子體靜電探針診斷中都具有舉足輕重的作用。尤其是在等離子體靜電探針診斷中，根據經典的朗繆爾探針理論，朗繆爾單探針I-V特性曲線的一階導峰值電勢(即伏安特性曲線的拐點電勢)即為等離子體空間電位，該電位所對應的探針收集電流即為電子飽和收集電流。因此，以拐點電勢作為基準點進一步分析探針伏安特性曲線過渡區的電流信號就能夠得到等離子體的電子密度、電子溫度以及電子能量分布函數等其他參數。

在現有的靜電探針診斷技術中，由于發射探針具有工作溫度高、探針不易污染以及電子發射電流不易受環境因素干擾等優點，因而在等離子體空間電位準確測量方面具有獨特的優勢。在目前所有的發射探針診斷技術中，發射探針的零發射極限拐點電勢法被認為是能夠最準確地獲得等離子體空間電位的方法。該方法的基本依據是：在發射探針的電子發射過程中，由于電子發射所引起的空間電荷效應能夠改變發射探針I-V特性曲線拐點電勢的位置，并且隨著電子發射的增強，發射探針燈絲周圍的空間電荷效應逐漸增強，最終導致探針I-V特性曲線的拐點電勢近似呈線性下降。因此，通過測量多條不同電子發射狀態下的發射探針I-V特性曲線，分別獲得發射探針拐點電勢以及電子發射電流與燈絲加熱電流之間的關系，最后通過線性擬合拐點電勢與燈絲加熱電流的關系并外推至電子發射電流為零處，如此獲得的零發射極限拐點電勢能夠有效避免空間電荷效應對測量結果的影響，即為準確的等離子體空間電位。

盡管發射探針的零發射極限拐點電勢法能夠獲得最準確的等離子體空間電位，然而這種方法具有非常繁瑣的操作流程和大量的實驗數據處理任務，尤其是不適宜利用該方法進行等離子體空間分布測量以及鞘層結構測量等等。此外，與發射探針燈絲連接處的支架上存在的懸浮鞘層能夠對金屬探針產生一定的遮擋，即形成所謂的“終端效應”，從而影響探針燈絲的電子收集電流以及有效的電流收集面積，并且電子發射電流的存在也能夠顯著改變發射探針I-V特性曲線的形狀以及拐點的位置，這些因素最終導致無法利用發射探針獲得可靠的電子溫度、電子密度等其他等離子體參數。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠獲得多個等離子體參數、簡化等離子體參數診斷操作流程的發射探針及用于等離子體診斷的方法，以解決上述背景技術中存在的至少一項技術問題。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案：

一方面，本發明提供一種發射探針，包括：

支架；

所述支架的一端設有電子發射部；

所述支架的外部設有偏置電壓加載部，所述偏置電壓加載部位于靠近所述電子發射部的一端；使用所述的發射探針進行等離子體診斷時，所述電子發射部的一端和所述偏置電壓加載部均連接外部偏置電壓加載電路。

優選的，所述電子發射部的另一端連接另一支架，該另一支架上設有另一偏置電壓加載部，該偏置電壓加載部位于靠近所述電子發射部的一端；兩個所述偏置電壓加載部之間電性連接。

優選的，所述支架內設有導電部，所述導電部的一端連接所述電子發射部。