Electrical properties of the µs pulsed glow discharge in a Grimm-type source: comparison of dc and rf modes

Abstract

The electrical properties, in particular the U-I characteristics, current and voltage signal shapes within the pulse, are important parameters for the understanding of the processes taking place in the pulsed glow discharge (PGD). The electrical properties are also closely related to the analytical performance of the PGD such as sputtering rates, crater shapes and emission yields. Moreover, the dependence of the U-I plots on the density of the discharge gas can be used to estimate the gas temperature. This result is relevant for the analysis of thermally fragile samples. Nevertheless, there is a lack of PGD studies where the current and voltage signals are considered in detail. Therefore, this article is dedicated to the electrical properties of PGD. The influence of the PGD parameters (duty cycle and pulse duration) on the electrical properties is examined. The results highlight the optimum parameters for particular analytical applications. The question, whether direct current (dc) and radio frequency (rf) discharges behave similarly is also discussed and all experiments are performed for both modes. The comparative studies reveal strong similarities between dc and rf pulsed discharges.

Glow discharge optical emission spectrometry for quantitative depth profiling of CIGS thin-films

“…To simplify the optimization work, it was assumed that p and f have a smaller effect on the shape of the sputtered crater as compared with the other parameters. 25,27,28 However, in the case of rf discharge, it is hard to measure the current reliably. Therefore, in the present work the pressure is measured instead.…”

“…At pulses of 10 or 20 ms nearly no sputtering occurs. 25,29 Accordingly, pulses around 100 ms were used in the present study.…”

Current Gain in Unipolar Pulsed Discharge in Low-Pressure Carbon Dioxide

“…Нагрев нейтрального газа. Большой цикл работ (см., например, [2][3][4][5][6]) посвящен формированию униполярного импульсного разряда в аргоне и азоте. При этом в качестве одного из ключевых факторов, оказывающих влияние на формирование параметров импульсного разряда, рассматривается изменение температуры нейтрального газа в разрядном промежутке под воздействием энергии, вкладываемой в плазму импульсного разряда.…”

“…Как показывают результаты работ [1][2][3][4][5][6][7][8][9], импульсные разряды обладают рядом специфических особенностей, которые могут быть полезны в разнообразных приложениях. Например, в работе [3] микросекундный импульсный тлеющий разряд применялся к источнику плазмы типа Грима, который используется для ионизации анализируемых веществ в масс-спектрометрии.…”

“…Следует отметить, что в работах [2][3][4][5][6][7][8][9] было обнаружено, что в импульсном разряде в азоте, аргоне, кислороде и CF 4 средний ток в течение плазменной фазы может быть заметно выше, чем ток тлеющего разряда при том же напряжении на электродах. Это интересное свойство импульсного разряда было названо эффектом усиления тока, который состоит в том, что импульсное питание разряда (иными словами, периодическое прерывание напряжения, приложенного к электродам тлеющего разряда), приводит не к уменьшению разрядного тока, а к его многократному росту в сравнении с разрядом постоянного тока с таким же приложенным напряжением.…”