Выполнено математическое моделирование гибридного разряда на основе высокочастотного емкостного разряда с постоянной составляющей, помещенного в магнитное поле с преимущественной радиальной компонентой. Геометрия рассмотренного источника плазмы близка к ускорителю с замкнутым дрейфом электронов. Показано, что рядом с активным электродом и на срезе канала возникают квазистационарные скачки потенциала, ускоряющие ионы в сторону активного электрода и в направлении из канала. В области скачков потенциала возникает азимутальный дрейф электронов. Наличие постоянного смещения активного электрода приводит к повышению потенциала плазмы и увеличению энергии ионов на выходе из канала.
Экспериментально исследованы функции распределения ионов по энергиям на выходе из гибридного разряда, основанного на комбинации емкостного ВЧ-разряда и разряда постоянного тока, в источнике плазмы с геометрией ускорителя с замкнутым дрейфом электронов. Показано, что наличие постоянного смещения активного электрода сопровождается увеличением энергии и плотности ионов на срезе ускорителя. Изменение мощности, вводимой в разряд через ВЧ-канал, и величины постоянного смещения, подводимого к активному электроду через канал постоянного тока, позволяют независимо управлять энергией и плотностью потока ионов.
Экспериментально исследованы вольт-амперная характеристика и импеданс гибридного разряда, основанного на комбинации емкостного ВЧ-разряда и разряда постоянного тока, в источнике плазмы с геометрией ускорителя с замкнутым дрейфом электронов. Показано, что наличие ВЧ-составляющей приводит к расширению области существования разряда по сравнению с режимом постоянного тока. Наличие постоянного смещения активного электрода сопровождается уменьшением мнимой и ростом действительной частей импеданса разряда.
Аналитически и численно исследованы дисперсионные характеристики поверхностных и затухающих волн в структуре «металл–диэлектрик–плазма–диэлектрик–металл» при наличии столкновений. В этой системе при отсутствии поглощения и переходе плотности электронов через удвоенную критическую величину происходит перестройка структуры собственных волн, связанная с появлением поверхностных волн. В поглощающей плазме также происходит перестройка, однако номера перезамыкающихся мод зависят от размеров структуры и соотношения частоты столкновений электронов и частоты поля. Корректный учет данного процесса существенен при аналитическом анализе структуры поля в плазменных реакторах, при конструировании плазменных антенн и решения других задач электродинамики плазмы.
Рассмотрена задача о емкостном ВЧ-разряде низкого давления ( << ) с электродами большой площади при возбуждении его электромагнитным полем частотой от 13 до 900 МГц. Получены общие аналитические формулы для амплитуд собственных волн и импеданса разряда. Учтено, что возбуждение поверхностных волн и высших нераспространяющихся мод происходит как благодаря осевой неоднородности структуры «плазма-слой-металл», так и за счет краевых эффектов у среза электрода. Более высокая амплитуда резонансных мод в сравнении с возбуждением разряда ТЕМ-волной в данном случае приводит к бо́льшей изрезанности зависимости импеданса разряда от плотности электронов. Данный вывод подтвержден прямым расчетом импеданса с помощью программы Comsol Multiphysics®.
Экспериментально исследовано аксиальное распределение потенциала плазмы, концентрации и температуры электронов в ВЧ емкостном источнике плазмы, имеющем геометрию ускорителя с замкнутым дрейфом электронов. Рассмотрены два случая организации внешней электрической цепи разряда. В первом случае электроды замыкались по постоянному току, во втором – размыкались. Показано, что замыкание электродов по постоянному току приводит к существенному росту потенциала плазмы и концентрации электронов. Вблизи электродов в ряде случаев наблюдаются локальные максимумы температуры и плотности плазмы, которые могут быть связаны с возникновением азимутального дрейфа электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях.