朗缪尔单探针等离子体测试仪校准规范(T-BEA 43002—2023).pdf
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1、 朗缪尔单探针等离子体测试仪校准规范 Calibration Specification for Single Langmuir Probe Plasma Instrument 20230419 实施 北京电子仪器行业协会 发 布 公开 中国团体标准 T/EBA.430022023 20230220 发布T/EBA.430022023 I 前 言 本标准由北京东方计量测试研究所提出。本标准由北京电子仪器行业协会归口。本标准起草单位:北京东方计量测试研究所。本标准主要起草人:柴昊、邓星亮、刘民、张书锋、卢佳林。T/EBA.430022023 3 朗缪尔单探针等离子体测试仪校准规范 1 范围 1.
2、1 主题内容 本规范规定了朗缪尔单探针等离子体测试仪的计量特性、校准条件、校准项目、校准方法、校准结果的处理。1.2 适用范围 本规范适用于电子密度范围 1012m-31018m-3,电子温度范围 1eV10eV 的低温等离子体朗缪尔单探针等离子体测试仪(下文简称等离子体测试仪)的校准。2 规范性引用文件 GJB 73632011 空间等离子体环境效应动态试验方法 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用本规范。3 术语定义 GJB 73632011 界定的及以下术语和定义适用于本规范。3.1 等离子体 plasma 等离子体
3、由大量带电粒子(正离子、负电子)和中性粒子所组成,常被视为物质的第四态。在宏观尺度上(大于德拜长度)正离子和负电子的密度相等,呈准中性。3.2 等离子体发生器 plasma generator 通过能量转变方式将物质的状态转变为等离子体态的设备。3.3 等离子体电子密度 plasma electron density 等离子体内部单位体积内可自由运动的电子数,单位为 m-3。3.4 等离子体电子温度 plasma electron temperature 等离子体内电子达到局部热平衡时的平均动能,单位为 eV(1eV 的平均动能换算温度为 11600K)。4 概述 4.1 用途 感应耦合等离子
4、体发生器是一种通过随时间变化的磁场电磁感应产生电流作为能量来源的等离子体源,已被广泛应用于刻蚀加工、电推进等领域。4.2 原理及结构 等离子体测试仪是一种接触式等离子体测量设备,主要用于等离子体电子温度和电子密度的测量,由探针、扫描电源、采集和调理系统组成。探针的探头通常采用耐高温、耐溅射的导电材料,通常选用钨作为探头材料,测量时将其置于等离子体环境中。等离子体测试仪的扫描电源产生周期性的扫描电压,并将其加载到探针上。当扫描电压从负变为正(或从正变为负)的过程中,通过采集和调理系统测量探针对等离子体容器壁(接地)的电压和探针与等离子体组成的回路电流,即可得到一条关于被测等离子体的伏安特性曲线。
5、根据经典朗缪尔探针理论,通过伏安特性曲线求解即可计算等离子体电子温度(Te)和电子密度(Ne)参数。等离子体测试仪的工作原理如图 1 所示。T/EBA.430022023 4 VA等离子体腔壁探针扫描电压源采集和调理系统0-5510152025303540455005101520253035-5-10-15-20-25探针电压(V)探针电流(mA)-10 a)等离子体测试仪测量原理图 b)等离子体测试仪典型伏安特性曲线 图 1 等离子体测试仪工作原理 5 计量特性 5.1 电子密度示值误差 电子密度测量范围:1012m-31018m-3;最大允许误差:(30%60%)。5.2 电子温度示值误差
6、 电子温度测量范围:1eV10eV;最大允许误差:(30%60%)。5.3 扫描电源输出电压设置值误差 测量范围:-150V150V;最大允许误差:(5%设定值+0.05V)。5.4 采集和调理系统电压示值误差 测量范围:-150V150V;最大允许误差:(5%显示值+0.05V)。5.5 采集和调理系统电流示值误差 测量范围:0.01mA300mA;最大允许误差:(5%显示值+0.005mA)。6 校准条件 6.1 环境条件 a)环境温度:205;b)相对湿度:80%;c)供电电源:(220 22)V,(50 1)Hz;d)其他:周围无影响正常校准的电磁干扰和机械振动。6.2 校准用设备T/
7、EBA.430022023 5 校准用设备应经过计量技术机构检定或校准,满足校准使用要求,并在有效期内。a)等离子体发生器标准装置(包含真空获得系统、真空测量系统、标准等离子体发生器和标准朗缪尔探针测试系统)1)放电气体种类:Ar、Ne、Xe 等;2)放电气压范围:110-4Pa10Pa;3)等离子体发生器放电功率:(01250)W;4)电子密度测量范围:1012m-31018m-3;5)电子密度最大允许误差:7.5%;6)电子温度测量范围:1eV10eV;7)电子温度最大允许误差:7.5%。b)数字示波器(含 10:1 探头)1)带宽:1MHz;2)交流电压幅度测量最大允许误差:2%;3)输
8、入电阻:1M。c)直流数字电压表 1)测量范围:-150V150V;2)直流电压测量最大允许误差:(1%读数+0.01V)。d)直流数字电流表 1)测量范围:0.01mA300mA;2)直流电流测量最大允许误差:(1%读数+0.001mA)。e)直流电阻箱 1)直流电阻范围:0.01100k;2)最大允许误差:(0.1%设置值+0.005)。7 校准项目和校准方法 7.1 校准项目 a)电子密度示值误差;b)电子温度示值误差;c)扫描电源输出电压设置值误差;d)采集和调理系统电压示值误差;e)采集和调理系统电流示值误差。7.2 校准方法 7.2.1 校准前检查 7.2.1.1 外观及附件检查
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