辉光放电glow discharge
辉光放电
辉光放电（Glow discharge）辉光放电是放电等离子体中最常见的一种放电形式，应用也最广泛。
比如，一般的气体激光器（He-Ne 激光器、CO2激光器等）、常用光源（荧光灯）、空心阴极光谱灯等。
同时辉光放电也是放电形式中放电最稳定的放电形式，所以有必要对辉光放电进行较为详细的讨论。
§6.1 辉光放电的产生及典型条件最简单的辉光放电的结构如图6.1（a）。
调节电源电压E或限流电阻R，就会得到如图6.1（b）的V-A特性曲线。
管电压U调节到等于着火电压U b时，放电管内就会从非自持放电过渡到自持放电，此时，放电电流I会继续增大，管压降U下降，进入辉光放电区。
放电管发出明亮的辉光，其颜色由放电气体决定。
限流电阻R应比较大，以保证放电稳定在辉光放电区。
如果限流电阻R很小，放电很容易进入弧光放电区。
辉光放电的特点：比较高的放电管电压U(几百~几千V)，小的电流I（mA量级）；弧光放电的特点：很低的放电电压U（几十V），大电流放电I（A量级甚至更大）。
辉光放电的典型条件：①放电间隙中的电场分布比较均匀，至少没有很大的不均匀性；例如He-Ne激光器的放电管内电场近似均匀。
②放电管内气体压强不是很高，要求满足（Pd）Ubmin＜Pd＜200Kpa cm（巴邢曲线的右支），d---放电管内电极间距，（Pd）Ubmin--巴邢曲线最低点U bmin对应的Pd值。
一般P=4Pa~14Kpa时，可出现正常辉光放电，而Pd＞200Kpa cm时，非自持放电通常会过渡到火花放电或丝状放电；③放电回路中的电源电压和限流电阻准许放电管的放电电流工作在mA量级，且电源电压应高于着火电压U b，否则不能起辉。
§6.2 辉光放电的组成区域和基本特征对于一对平行平板放电电极，典型的辉光放电外貌如图6.2(a)。
从阿斯顿暗区到负辉区称为阴极位降区或阴极区。
下面对各放电区一一进行介绍。
1、阿斯顿暗区（Aston Dark Space）：它是仅靠阴极的一层很薄的暗区，是有Aston首先在H2、He、Ne放电中观察到的放电暗区，所以称为阿斯顿暗区。
辉光发电质谱仪工作原理
辉光发电质谱仪工作原理辉光发电质谱仪（Glow Discharge Mass Spectrometer，GDMS）是一种利用辉光放电技术结合质谱分析方法的仪器。
它主要用于金属、合金和陶瓷等材料的成分分析，具有高灵敏度、高分辨率和广泛的元素适应性等优点。
本文将详细介绍辉光发电质谱仪的工作原理。
一、辉光放电过程辉光放电是指在气体环境中，两个电极间形成正电压差时，气体分子碰撞产生的电离电子被电场加速并与原子或分子碰撞，发生电子输送和能量转移的过程。
具体步骤如下：1. 点火阶段：通过施加高频高压电场，使电极间的气体发生电离，产生电子和正离子。
这些电子和离子在电场的作用下形成电弧，并逐渐形成辉光放电。
2. 积聚阶段：在辉光放电过程中，电子与气体分子碰撞形成正离子，在电场的作用下，正离子聚集在阴极表面，形成电场与雷诺型层。
3. 钝化层形成阶段：电子在阴极表面发生能量转移，产生高能电子轰击和多次散射的效应，使原子或分子从材料表面打出，并在表面形成一层钝化层。
4. 圣戴运输阶段：钝化层上的原子或分子在电场的作用下运输到阳极，形成离子束，并被导入质谱分析部分。
二、辉光发电质谱仪结构辉光发电质谱仪主要由以下几部分组成：1. 离子源：包括放电室和阳极收集器。
放电室内安装有高频高压电源，用于产生辉光放电。
阳极收集器负责接收放电室中产生的离子束。
2. 质谱分析部分：主要由质谱仪和探测器组成。
质谱仪根据离子的质量-电荷比（m/z）进行分离和检测，可以获取样品中不同元素的信息。
探测器用于记录和放大分析信号。
3. 控制系统：包括电源控制和数据采集系统。
电源控制可以对放电条件进行调节和监控，保证辉光发电的稳定性。
数据采集系统用于记录和处理质谱分析得到的结果。
三、辉光发电质谱仪的工作原理如下：1. 放电条件设置：根据待测样品的性质和测试要求，合理设置放电条件，包括放电电流、放电时间和气体环境等。
2. 辉光放电：施加高频高压电场，使气体发生辉光放电。
ATC4-教材辉光放电原子发射光谱分析技术考核跟培训大纲下
全国分析检测人员能力培训委员会ATC004 辉光放电原子发射光谱分析技术考核与培训大纲第1版文件编号：ATC004/A:2010-1发布日期：2010年8月1 总则1.1 目标熟悉辉光放电原子发射光谱（Glow Discharge-Optical Emission Spectrum，Glow Discharge-OES）分析技术基本概念及基础理论知识；了解Glow Discharge-OES仪的组成结构及工作原理；具备Glow Discharge-OES仪的实际操作能力；掌握Glow Discharge-OES分析技术在相关领域的应用。
1.2 适用范围本大纲适用于对金属和无机非金属固体样品以及表面处理样品进行成分及深度轮廓分析的辉光放电原子发射光谱分析技术的考核与培训。
适用仪器包括激发源为直流源或射频源，检测器为光电倍增管或CCD的各类辉光放电原子发射光谱仪。
1.3 应具备的基础知识和技能1.3.1 通用基础具备分析化学的基础知识, 光谱相关的基础知识。
1.3.2 分析测试基本操作具备分析化学实验的基本操作能力，具备实验室一般仪器和设备的操作能力。
1.3.3 数据处理基础知识具备数据统计处理和误差理论的基础知识。
2 技术要求2.1 ATC 004-1 Glow Discharge-OES技术基础2.1.1 术语及概念掌握Glow Discharge-OES分析技术基本概念和相关的技术用语。
(1) 光谱及原子发射光谱；(2) 辉光放电；(3) 直流辉光放电、射频辉光放电和脉冲辉光放电；(4) 基态和激发态；(5) 原子线和离子线；(6) 分析线和内标线（参比线）；(7) 分析线强度、内标线强度及相对强度；(8) 阳极和阴极；(9) 罗兰圆；(10) 入射狭缝、出射狭缝；(11) 光栅及焦距；(12) 光电倍增管和CCD检测器；(13) 谱线和谱线级次；(14) 色散率和分辨率；(15) 光谱干扰；(16) 光路校准；(17) 分析基体、分析程序和校准曲线；(18) 标准化；(19) 标准样品、标准化样品及类型标准化样品(20) 成分分析(21) 深度轮廓分析、表面分析和界面分析；(22) 溅射率；(23) 溅射率校正；(24) 溅射深度；(25) 溅射坑轮廓；(26) 表面处理层厚度；(27) 涂镀量。
甲醇溶液辉光放电等离子体电解
1
甲醇溶液 GDE 所用装置如图 1 所示 , 为 H 型 双圆柱形玻璃反应器, 双圆柱形管内带夹套, 夹套 两 圆柱 形 夹套管
实验部分
2 实验结果及讨论
当 电极 周围形成 稳 定的气体 鞘层 , 提 高两 极电
压, 气体鞘层被击穿形成辉光放电等离子体. 硫酸为 辅助电解质时, 辉光等离子体发出蓝色的辉光, 以氢 氧化钠 和 四硼酸钠 为 辅助电解质 时 , 辉光等离子体 显黄色的辉光. 2.1 GDE 产物 2.1.1 硫酸辅助电解质甲醇溶液阳极 GDE 产物 在溶液电导率为 3.43 mS · cm-1,两极电压 为 600 V 的条件下 , 阳 极 周围 的气体 鞘层中形成 稳 定的辉 光放电等离子体 . 溶液和气体 之 间 的 界面 处 于 一 个 激烈的湍动状态. 溶液中主要的产物有水、 二甲氧基 甲烷、甲醛、 1,3,5鄄三噁烷、 1,1鄄二 甲氧 基乙烷和 1,3鄄 二噁烷. 阳极气体中主要有氢气, 一氧化碳, 甲烷, 乙 烷和丙烷 . 当 电压足够 高时 还有少量的 二 氧化碳和 二 甲 醚 , 见 表 1. 气 相中 甲醛 浓 度为 6.85 伊10 -5(molar
2007活性物种在普通的热化学反应中不易得到但在等离子体中可源源不断地产生12辉光放电电解glowdischargeelectrolysisgde是一种非常规的电解方电解过程中首先在放电电极周围由电流焦耳热引起溶剂蒸发层形成气体鞘层两极电压升高到一定程度时放电电极周围气体鞘层被击穿产生辉光放电等离子体gde的一个显著特点是在放电电极一侧的化学产量超出法拉第定律规定产量得到常规电解不会得到的产物45gde被认为是一种非常有前景的技术在电解加工有机物合成氢气制造和废水处理等方面显示出独特的优点甲醇是一种广为关注的小分子有机物被认为是良好的储氢材料1314甲醇溶液gde制氢显示出与常规甲醇电催化氧化完全不同的特性具有单位体积能耗低和氢气含量高等优点1516研究甲醇溶液gde引发的等离子体反应探究甲醇分子在辉光放电等离子体电解过程中的等离子体化学反应特性可为甲醇溶液gde制取富氢气体过程的控制和优化提供理论指导为反应器的设计提供科学依据时对辉光放电等离子体化学的基础研究和应用研究也具有重要意义
什么是辉光放电
什么是辉光放电？（What is a glow discharge and what is it？）A glow discharge is a kind of plasma. It is an ionized gas consisting of equal concentrations of positive and negative charges and a large number of neutral species.In the simplest case, it is formed by applying a potential difference (of a few 100 V to a few kV) between two electrodes that are inserted in a cell (or that form the walls of the cell). The cell is filled with a gas (an inert gas or a reactive gas) at a pressure ranging from a few mTorr to atmospheric pressure. Due to the potential difference, electrons that are emitted from the cathode by the omnipresent cosmic radiation, are accelerated away from the cathode, and give rise to collisions with the gas atoms or molecules (excitation, ionizatio n, dissociation, …). The excitation collisions give rise to excited species, which can decay to lower levels by the emission of light. This process is responsible for the characteristic name of the “glow”discharge. The ionisation collisions create ion‐electron pairs. The ions are accelerated toward the cathode, where they release secondary electrons. These electrons are accelerated away from the cathode and can give rise to more ionization collisions. In its simplest way, the combination of secondary electron emission at the cathode and ionization in the gas, gives rise to a self‐sustained plasma.Due to the various collision processes in the plasma, a large number of different plasma species can be present: electrons, atoms, molecules, several kinds of radicals, several kinds of (positive and negative) ions, excited species, etc. These different species can all be in interaction with each other, making the glow discharge plasma a complicated gas mixture. The aim of our work is to obtain a better insight in the complex processes occurring in glow discharges and related plasmas, and we try to do that by numerical simulations. Different variants to glow discharge plasmasThe glow discharge described above can be called the “basic version”. In this direct current (dc) glow discharge, a continuous potential difference is applied between cathode and anode, giving rise to a constant current. However, this set‐up gives problems when one of the electrodes is non ‐conducting, as is the case in some applications (see below). Indeed, due to the constant current, the electrodes will be charged up, leading to burn‐out of the glow discharge. This problem is overcome by applying an alternating voltage between the two electrodes, as in the capacitively coupled radio‐frequency (cc rf) glow discharge. Indeed, the charge accumulated during one half of the cycle, will be neutralized by the opposite charge accumulated during the next halfcycle. Beside a time‐dependent rf voltage, an alternating voltage can also be applied in a lower frequency range, giving rise to an alternating current (ac) glow discharge. This can be considered as a consecution of short discharges, in which the two electrodes alternatingly play the role of cathode and anode. An important type of ac glow discharge, operating at atmospheric pressure, is the dielectric barrier discharge (DBD), where the electrodes are typically covered by a dielectric barrier. A variation to the ac discharge is the pulsed glow discharge, which also consists of short glow discharges (with lengths typically in the milli‐or microsecond range), followed by an afterglow, which is generally characterized by a longer time‐period. The advantage is that high peak electrical powers can be reached for a low average power, resulting in high peak efficiencies for various applications. In addition to applying an electric field (or potential difference), a magnetic field can also be applied to a glow discharge. The most well‐known discharge type with crossed magnetic and electric fields is the magnetron discharge. The electrons circulate in helices around the magnetic field lines and give rise to more ionisation. Hence, magnetrondischarges are typically operated at lower pressures and higher currents than conventional glow discharges. Recently, some new discharge types have been developed, which are also characterized by low pressure and high plasma densities, and which have their main application in the semiconductor industry and for materials technology. The major difference with the conventional glow discharge is that the electrical power is not applied through a potential difference between two electrodes, but through a dielectric window. The two most important “high‐density sources”, are the inductively coupled discharge, where the rf power is inductively coupled to the plasma, and the electron cyclotron resonance reactor, where microwave power and a magnetic field are applied. Microwave power can also be applied in so‐called microwave induced plasmas. V arious discharge types can be classified under this name, among others the resonance cavity plasmas, free expanding plasma torches and surface wave discharges. In fact, the list of discharge plasmas related to glow discharges is longer than this. But because they are at this moment beyond the research interest of our group, we will not go into detail here. More information can be found in: A. Bogaerts, E. Neyts, R. Gijbels and J.J.A.M. van der Mullen, Gas discharge plasmas and their applications, Spectrochimica Acta B, 57, 609‐658 (2002). Applications of glow discharges and related plasmas Glow discharges and related plasmas are used in a large number of application fields. The most important application is probably in the microelectronics industry and in materials technology, for surface treatment, etching of surfaces (e.g., for the fabrication of integrated circuits), deposition of thin protective coatings, plasma polymerisation, plasma modification of polymers and other surfaces. The exciting and light emitting character of discharge plasmas is also used for several interesting applications, such as in the light industry (e.g., fluorescence lamps, neon advertisements), as gas lasers, and as flat plasma display panels for the new generation of flat, large area television screens. Because a lot of chemical reactions take place in the plasma, several types of discharges (mainly atmospheric pressure glow discharges and dielectric barrier discharges) find also increasing interest for environmental applications (e.g., the destruction of volatile organic compounds) and biomedical applications (e.g., the sterilisation of materials).Finally, an application of glow discharges that is of special interest to our group is its use in analytical chemistry, for the spectrochemical trace analysis of (mainly solid) materials.。
辉光放电
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简单的辉光放电示意图辉光放电时，在放电管两极电场的作用下，电子和正离子分别向阳极、阴极运动，并 堆积在两极附近形成空间电荷区。因正离子的漂移速度远小于电子，故正离子空间电荷区的电荷密度比电子空间 电荷区大得多，使得整个极间电压几乎全部集中在阴极附近的狭窄区域内。这是辉光放电的显著特征，而且在正 常辉光放电时，两极间电压不随电流变化。
物理原理
辉光放电是种低气压放电(Low pressure discharge)现象,工作压力一般都低于10 mbar,其基本构造是在 封闭的容器内放置两个平行的电极板,利用产生的电子将中性原子或分子激发,而被激发的粒子由激发态降回基态 时会以光的形式释放出能量。
Hale Waihona Puke 放电阶段辉光放电有亚正常辉光和反常辉光两个过渡阶段，放电的整个通道由不同亮度的区间组成，即由阴极表面开 始，依次为：①阿斯通暗区；②阴极光层；③阴极暗区(克鲁克斯暗区)；④负辉光区；⑤法拉第暗区；⑥正柱区; ⑦阳极暗区;⑧阳极光层。其中以负辉光区、法拉第暗区和正柱区为主体。这些光区是空间电离过程及电荷分布所 造成的结果，与气体类别、气体压力、电极材料等因素有关，这些都可以从放电理论上作出解释。辉光放电时， 在两个电极附近聚集了较多的异号空间电荷，因而形成明显的电位降落，分别称为阴极压降和阳极压降。阴极压 降又是电极间电位降落的主要成分，在正常辉光放电时，两极间的电压不随电流变化，即具有稳压的特性。
1933年德国Von Engel首次报道了研究结果，利用冷却的裸电极在大气压氢气和空气中实现了辉光放电，但 它很容易过渡到电弧，并且必须在低气压下点燃，即离不开真空系统。1988年，Kanazawa等人报道了在大气压下 使用氦气获得了稳定的APGD的研究成果，并通过实验总结出了产生APGD要满足的三个条件：（1）激励源频率需 在1kHz以上；（2）需要双介质DBD；（3）必须使用氦气气体。此后，日本的Okazaki、法国的Massines和美国 的Roth研究小组分别采用DBD的方法，用不同频率的电源和介质，在一些气体和气体混合物中宣称实现了大气压 下“APGD”。1992年，Roth小组在5mm氦气间隙实现了APGD，并声称在几个毫米的空气间隙中也实现了APGD,主 要的实验条件为湿度低于15%、气体流速50l/min、频率为3kHz的电源并且和负载阻抗匹配。他们认为“离子捕获” 是实现APGD的关键。Roth等人用离子捕获原理解释APGD，即当所用工作电压频率高到半个周期内可在极板之间捕 获正离子，又不高到使电子也被捕获时，将在气体间隙中留下空间电荷，它们影响下半个周期放电，使所需放电 场强明显降低，有利于产生均匀的APGD。他们在实验室的一台气体放电等离子体实验装置中实现了Ar、He和空气 的“APGD”。1993年Okazaki小组利用金属丝（丝直径0.035mm，325目）电极为PET膜（介质）、频率为50Hz的 电源，在1.
Glow Discharge Atomic Emission Spectrometry - Analytical 辉光放电原子发射光谱分析
• A discharge forms in this gaseous environment when a high voltage is applied across the electrodes. (This discharge glows providing glow discharge with it’s name.)
• Conductive and non-conductive • Wide range of depths
– Nanometer to micrometer
QDP Applications
• Simple dual systems
– Zinc coatings
• Galvanizing
– Metal platings
ILAP Conference, Vail CO, October 2008
GD-AES Applications
Bulk Analysis
Depth Profiling
Weight %
Cr
Ni
Fe
Px5 N
Cr
Depth (Micrometers)
Bulk Applications
Glow discharge can be utilized in all bulk matrices
• However, unlike most other emission sources it is also a sputtering source and it thus removes material form the sample in a uniform layer-bylayer manner.
辉光放电(Glowdischarge)
第六章、辉光放电（Glow discharge）辉光放电是放电等离子体中最常见的一种放电形式，应用也最广泛。
比如，一般的气体激光器（He-Ne 激光器、CO2激光器等）、常用光源（荧光灯）、空心阴极光谱灯等。
同时辉光放电也是放电形式中放电最稳定的放电形式，所以有必要对辉光放电进行较为详细的讨论。
§6.1 辉光放电的产生及典型条件最简单的辉光放电的结构如图6.1（a）。
调节电源电压E或限流电阻R，就会得到如图6.1（b）的V-A特性曲线。
管电压U调节到等于着火电压U b时，放电管内就会从非自持放电过渡到自持放电，此时，放电电流I会继续增大，管压降U下降，进入辉光放电区。
放电管发出明亮的辉光，其颜色由放电气体决定。
限流电阻R应比较大，以保证放电稳定在辉光放电区。
如果限流电阻R很小，放电很容易进入弧光放电区。
辉光放电的特点：比较高的放电管电压U(几百~几千V)，小的电流I（mA量级）；弧光放电的特点：很低的放电电压U（几十V），大电流放电I（A量级甚至更大）。
辉光放电的典型条件：①放电间隙中的电场分布比较均匀，至少没有很大的不均匀性；例如He-Ne激光器的放电管内电场近似均匀。
②放电管内气体压强不是很高，要求满足（Pd）Ubmin＜Pd＜200Kpa cm（巴邢曲线的右支），d---放电管内电极间距，（Pd）Ubmin--巴邢曲线最低点U bmin对应的Pd值。
一般P=4Pa~14Kpa时，可出现正常辉光放电，而Pd＞200Kpa cm时，非自持放电通常会过渡到火花放电或丝状放电；③放电回路中的电源电压和限流电阻准许放电管的放电电流工作在mA量级，且电源电压应高于着火电压U b，否则不能起辉。
§6.2 辉光放电的组成区域和基本特征对于一对平行平板放电电极，典型的辉光放电外貌如图6.2(a)。
从阿斯顿暗区到负辉区称为阴极位降区或阴极区。
下面对各放电区一一进行介绍。
1、阿斯顿暗区（Aston Dark Space）：它是仅靠阴极的一层很薄的暗区，是有Aston首先在H2、He、Ne放电中观察到的放电暗区，所以称为阿斯顿暗区。
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不同频率下击穿电压与气体压力的关系
关于第二极小值的解释 气压降低时电子振幅增加，使一些电 子跑上电极，这些电子的损失只能靠 提高电场强度和电离率来补偿，以维 持气体击穿。提高频率时，第二极小 值向低气压处移动。
射频辉光放电>射频辉光放电的特点
采用射频电压的必要性
利用辉光放电等离子体进行溅射、刻 蚀或沉积时，电极上经常会有绝缘覆 盖层存在，因此利用直流不能实现持 续放电。
t = T/2
C‘
t = T/2 时，Va 跳变为 +1000 V, 由于 C 上存有 –200 V电压（下正上负）, Vb = 1200 V。
射频辉光放电>射频电极的自偏压（产生过程四）
T/2 < t < T
Vb
+100 V，
eee
C‘
T/2 < t < T 区间， 电子迅速中和C 上正电荷，Vb 快速下降至 +100 V， 相应地 Vb – Va = -900 V。
直流辉光放电>放电的损耗过程
直流辉光放电>空心阴极放电*
A为环形阳极，C1和C2为阴极。若C1和 C2间的距离d缩短到一定长度时，两个 负辉区合并在一起，发生空心阴极放电 现。 特点：对比正常辉光放电，阴极位降变 化条件下，电流密度大大提高，阴极溅 射强烈。负辉区中电子能量分布非常适 于激励金属蒸气离子激光系统。
射频辉光放电的特点
击穿电压低，放电气压低，放电 易自持，电极可以放在放电室外 面等。
实际用于气体放电的射频源频率统一 为13.56 MHz，以避免干扰正常通讯。
射频辉光放电>射频电极的自偏压（产生过程一）
t=0
Vb Η -1000 V，
C‘
t = 0 时，Va = -1000 V, ∵ C >> C‘, Vb Η Va，气体击穿放电。
Electrons within this plasma are constantly being repelled when approaching the hollow cathode walls : An oscillatory motion of the electrons results yielding greatly improved ionization rates and thereby higher plasma densities
*徐学基等，气体放电物理，复旦大学出版社。
射频辉光放电>交流放电的一般规律
电压频率与放电行为的关系
100 ~ 104 Hz 每个半周期都经历一次击穿、维持和熄火的过程，放电不连续，相当于正负电 极交替的直流放电 ~ 1 MHz 极性变换的连续放电 1 ~ 100 MHz 电子在放电空间不断来回运动，增加了与气体分子碰撞的次数，使电离能力显 著提高，击穿电压明显降低，放电比直流条件下更易自持。 由于射频下放电由电子在放电空间的往复运动碰撞电离引起，电极上的 © 过程 变得不重要，因此电极可以放在放电室外面。
直流辉光放电>放电区的结构和分布>阴极区
阳极暗区
阴极区由Aston暗区， 阴极辉区和阴极暗区（或 称克罗克斯暗区）三部分 组成。极间电压大部分加 在这里，电子被加速与气 体原子碰撞，使原子激发 或电离。
电流密度
直流辉光放电>放电区的结构和分布>负辉区
负辉区是电极间发光最强的 区域，阴极出发的电子到达这里 时大部分已经因碰撞损失了能量， 而阴极暗区中电离的低速电子也 进入该区，形成负空间电荷区。 电子速度的减慢加大了激发与复 合的几率，使发光特别强。
电流密度
直流辉光放电>放电区的结构和分布>短间隙放电
极间距离缩短时，正柱区和 法拉第暗区将缩短直至消失，而 阴极暗区和负辉区不受影响，这 种情况称为短间隙辉光放电。
直流辉光放电>放电区的结构和分布>brief summary
阴极区：阴极与a之间，这里有很大 的电场强度。 负辉区：ab之间，这里电离和激发主 要是由在阴极位降加速下的 快速电子碰撞气体原子而引 起的 法拉第暗区：bc之间，这里电子的能 量太低，不足以激发气体原 子，在ac间的电子流主要是 扩散性电子流。 正柱区： cd之间，这里电场强度为常 数。 阳极区：阳极附近的发光区及阳极鞘 层。 最后三个部分可以不存在。
电流密度
直流辉光放电>放电区的结构和分布>Faraday暗区
与负辉区相比，该区电子和 离子密度较小，电场很弱，激发 和复合的几率都比较小。
电流密度
直流辉光放电>放电区的结构和分布>正柱区
正柱区电子和离子浓度相等， 接近理想等离子体。
电流密度
直流辉光放电>放电区的结构和分布>阳极区
阳极区包括阳极暗区和阳极 辉区。阳极暗区实质上是阳极与 正柱区等离子体间的鞘层；阳极 辉区由阳极加速电子引起激发和 电离而产生。
mi κiDe + κeDi
λD = (
kTe∑ 0 1/ 2 ) 2 nee
κi + κe ωi = ( ne 2 ) 1/ 2 mi∑ 0
ne 2 1/ 2 等离子体振荡 ωe = ( meε 0 ) ≈ 9000 n ( Hz )
(for the typical DC glow discharge plasma, ⎤e is in Gigahertz order while ⎤i is in megahertz order)
气体放电的分类
击穿电压
无规则脉冲电流
气体的击穿—帕邢定律
BPd APd ) ln( 1 ln
Vs =
γ
上式称为帕邢定律， 表示击穿电压 Vs 是气压 P 与极间距离 d 乘积的函 数。其中A和B为常数，γ 表示一个正离子撞击阴极 表面时平均从阴极表面逸 出的电子数目（二次电子 发射）。 图示为实验测得的曲线。注意对应不同 Pd，Vs 有一极小值。
射频辉光放电>射频电极的自偏2
Vb
-800 V，
+++
C‘
0 < t < T/2 区间， 由于离子运动慢，C 充电速度不高，Vb 缓慢升至 -800 V, 相 应地 Vb – Va = 200 V
射频辉光放电>射频电极的自偏压（产生过程三）
Va = 1000 V， Vb = 1200 V，
射频辉光放电>射频电极的自偏压（产生过程五）
V阿 Η -1000 V， Vb Η -1900 V，
t=T
C‘
t = T 时，Va跳变为 -1000 V，由于 C 上存有 900 V电压（上正下负）, Vb = -1900 V。
如上所示每经历一周期， Va都将更负一些。到若干周期以后，电压波形趋于稳定，整体向负 电位偏移而产生负的直流分量，即负的自偏压。
射频辉光放电>交流放电的一般规律
临界频率f1和f2 (f1<f2)
f1和f2 (f1 < f2) 分别相应于离子和电子到达电极所需时间。f > f1 时，电极间 存在正空间电荷，对电离起增强作用，击穿电压比直流时低； f > f2 时，电子随 电压的交替在电极间振荡，与气体分子碰撞的几率增加，击穿电压降低。
射频辉光放电>射频电极的自偏压（六）
实用中采用的正弦波电压及所产生 的直流自偏压。
summary
气体放电的伏安特性与分类 气体的击穿电压与气压的关系—帕邢定律 直流辉光放电 （放电区结构和分布、放电过程，空心阴极放电） 射频辉光放电 （射频放电的特点、自偏压的产生）
Appendix: 弹性碰撞界面与电子速度的关系
直流辉光放电与射频辉光放电 DC and RF glow discharges
By WenQi LU 9/19/2005
Contents in last lecture
等离子体及其温度 (for cold plasma, the temperatures are different for ions, electrons and neutral particals) 德拜屏蔽，鞘层，德拜长度 Bohm鞘层判据 u (0) > ( kTe )1/ 2 双极性扩散 Dd =