| الملخص | الخلاصة
نفذ تصميم منظومة بلازما التفريغ المتوهج الكاثودية ذات التيار المستمر باقطاب متوازية ومتساوية الاقطار وفق اعتبارات تصميمية دقيقة جدا"، أخذت بنظر الاعتبار اختيارالمواد والأشكال الهندسية وإبعاد المنظومة وأجزاءها.
صنعت المنظومة وفق معاير تصنيعية وعمليات انهائية دقيقة محكمة تحقق فراغ واطئ وعزل كهربائي تام.
صمم وصنع مجهز قدرة ذي تيار مستمر مقداره (8) كيلو فولت و(0.5) امبير. فحصت فراغية المنظومة والعزل الكهربائي. انجزت عملية توليد بلازما التفريغ المتوهج تحت شروط تشغيلية مختلفة. كانت النتائج محققة لهدف المشروع.
Key word: plasma physics, plasma chemistry, plasma processing, plasma etching, PECVD.
المقدمة
إن اول من أطلق تسمية البلازما هما العالمان Langmuire and Tantes عام 1924. وان اصل كلمة بلازما اغريقي تعني المادة الجلاتينية (Jell moldable substance) .
وتعرف انها غاز متاين جزئيا" او كليا" شبه متعادل تحت شروط معينة. ان بلازما التفريغ المتوهج تكون بحالة عدم التوازن، درجة حرارة الالكترون (Te) اكبر من درجة حرارة جزيئات الغاز وتتراوح 1-10 ) eV )، ذات درجة تاين واطئة (10-4). وصفت البلازما بانها ذات افق واسع وواعد في مجال البحوث ذات النهايات التطبيقية والتطبيقات الصناعية.
وظفت بلازما التفريغ المتوهج عند منطقة فوق الطبيعي Abnormal Glow Discharge Region لخواصها الفيزيائية بمجالات عدة منها: الحفر بالبلازما ، تخليق اشباه الموصلات غير البلورية، الطلاء المقاوم للبلى، انماء الاغشية الرقيقة لمواد الخلايا الشمسية بطريقة ترسيب الابخرة الكيميائية المعزز بالبلازما (PECVD)، هندسة سطوح المعادن، تحسين خواص السطوح ].
تتكون منظومة البلازما نوع (Cathodic glow discharge system) ذات الاقطاب المتوازية والمتساوية الاقطار بشكل رئيس من حجرة توليد البلازما وأجزائها الداخلية، مجهز قدرة كهربائية، منظومات فراغ، أجهزة قياس وسيطرة، غازات تخصصية ومواد تشغيلية.
لقد تطلب التصميم والتصنيع دراسة وتحديد اختيار المواد الداخلة بالتصنيع، الابعاد والاشكال الهندسية للمنظومة واجزائها. مجهز القدرة الكهربائية المزود بمحدد التيار.
الجانب العملي
انجز التصميم والتصنيع وفق ما ذكر انفا" من اعتبارات تصميمية وتصنيعية ولكافة مكونات المنظومة وكما يأتي :
1- حجرة البلازما:
الشكل (1) يمثل الحجرة المصنعة ، الشكل (2) يمثل مخطط استرشادي مقطعي لحجرة البلازما. الحجرة اسطوانية الشكل من معدن St.St. 316 و على جدار الحجره نافذة مشاهدة، بوابة تحميل العينات، فتحات توصيل نوع KF.
الشكل(1) الحجرة المصنعة الشكل(2) مخطط استرشادي لحجرة البلازما
2- قطب الانود:
الشكل (3) يمثل صورة قطب الانود. قرصي الشكل صمم وصنع بشكل يسمح بتغير المسافة عموديا"، من معدن St.St. 316.
الشكل (3) صورة قطب الانود
3- مجمع قطب الكاثود:
يتكون من الاجزاء التالية:
أ- قطب الكاثود: قرصي الشكل، المعدنSt.St. 316 الشكل (4) يمثل صورة قطب الكاثود.
الشكل(4) صورة قطب الكاثود
ب- درع المنطقة المظلمة:Dark space shield
يتكون من تركيب سيراميكي عازل للكهرباء ومركب معدني من مادة St.St. 316. الشكل (5) يمثل صورة لدرع المنطقة المظلمة:
الشكل(5) درع المنطقة المظلمة.
4- المسخن المقاومي: قرصي الشكل، يعزل كهربائيا"عن قطب الكاثود بقرص من مادة المايكا وتحقق عملية التوصيل الحراري.
5- تغلق حجرة البلازما من الاعلى بغطاء معدني Flange مزود بفتحاتKF مختلفة القياس وينفذ منها حامل القطب الموجب، اما الغطاء الاسفل للحجرة وصل بالحجرة عن طريق اللحام. ينفذ منها حامل قطب الكاثود المعزول كهربائيا" عن جسم الحجرة بتركيب سيراميكي ونفذت عدة فتحات نوع KF.
6- مجهز القدرة:
ذو تيار مستمر، احادي الطور، مجهز بمحدد تيار current limiter: حدد عامل التموج (Ripple factorl) بتوافق ومطابقة عالية لمجهزات القدرة العاملة على منظومات بلازما التفريغ المتوهج ويجهز فولتية 8 كيلو فولت وتيار (0,5) امبير. مزود بمفتاح تغيير فولتية ودوائر حماية ومصابيح استرشادية، الشكل(6) صورة مجهز القدرة.
الشكل(6) صورة مجهز القدرة.
7- وحدة سيطرة: تتضمن سيطرة المزدوج الحراري والمقياس الرقمي لدرجة الحرارة، قاطع دورة رئيس، قاطع دورة للمسخن المقاومي ومصابيح استدلال.
فحص المنظومة وتوليد البلازما:
تناول الفحص التالي:
1- العزل الكهربائي لاجزاء المنظومة.
2- فراغية المنظومة.
بعد تحقق نجاح الفقرتين أنفا ، اجري تفريغ المنظومة الى ضغط أساس مقداره (7.4 * 10-3 mbar). ضخ غاز النايتروجين عبر صمام ابري الى حجرة البلازما لضغط غاز تشغيلي مقداره (1.1* 10-2 mbar). سلطت فولتية بشكل تدريجي. تولدت بلازما غاز النايتروجين عند فولتية تفريغ (440) فولت وتيار تفريغ مقداره (33) ملي امبير. الشكل(7) صورة للبلازما المتولدة داخل المنظومة. اعيدت التجربة لعدة مرات لتحقيق مبدا التكرارية.
الشكل (7) صورة البلازما المتولدة داخل المنظومة
النتائج والمناقشة
إن توليد بلازما غاز النايتروجين عند فولتية تفريغ (440) فولت وتيار مقداره (33) ملي امبير يشير الى ان البلازما المتولدة هي ضمن منطقة التفريغ المتوهج فوق الطبيعي وهو ما يهدف اليه البحث.
التوصيات
1- التوسع في مجال بحوث الفيزياء وعمليات البلازما بسبب شحة مثل هذه البحوث في العراق ودول الاقليم لتضييق الفجوة العلمية في هذا المجال بالمقارنة مع الدول المتقدمة.
2- توظيف مختبر بلازما لاغراض الدراسات العليا (دكتوراه، ماجستير) وبالتنسيق مع الجامعات.
3- اعتماد مبدا تصميم وتصنيع وتشغيل المنظومات العلمية المعقدة وطنيا" من اجل بناء كادر هندسي- علمي قادر على كسر سر المعرفة.
المصادر
1- Francis F. and Jane P. “Principle Of Plasma Discharge and Material Processing” , Los angoles, ( 2002 )
2 - Lia Lia. " Method Of Plasma Etching a Substrate ". Us 7470625, 30, December, (2008).
3- Chang J.P. and Coburn J.W. "Plasma Surface Interaction" J.Vac. Sci. Technol. A, Vol. 21, No (5), Sep_Oct. (2003). | en_US |
