Phương pháp xác định tổng tiết diện va chạm của các electron (TCS)

Tổng tiết diện va chạm của các electron (TCS-Total collision cross section) là tổng của các tiết diện va chạm đàn hồi và tất cả các va chạm không đàn hồi. TCS được đo lường bằng cách sử dụng một số các kỹ thuật khác nhau, chúng được phát triển để nâng cao độ chính xác và giảm sự sai lệch giữa các kết quả đạt được từ các phương pháp khác nhau và từ phân tích lý thuyết. Nguyên tắc cơ bản đó là đo số các electron mà tồn tại tán xạ hặc có được sự tán xạ như là một kết quả của các va chạm. Thông qua một số tác giả thì sự phân biệt giữa hai kỹ thuật này về nguyên tắc chỉ ra là không có sự khác nhau về bản chất. Một chùm các electron được tạo ra bởi một phương thức tiện dụng tương tự như phát quang điện, phát nhiệt đện tử, tạo điện trường và các súng electron. Các electron có mức năng lượng thấp khi đựoc phát ra và được gia tốc thông qua một bộ lưới để cho phép chúng đạt được mưc năng lượng muốn có. Sự phân tán của chùm tia được tối thiểu hoá bởi một bộ các thấu kính electron hoặc bởi việc đặt một điện từ trường.

Các electron đi vào một buồng va chạm và được tán xạ khi chúng đi qua buồn va chạm. Số các electron đã tán xạ hoặc số  lượng tồn tại tán xạ được đo và liên quan đến số lượng đi vào buồng va chạm để đạt được TCS. Các nguyên nhân dẫn đến sai số trong phương pháp thực nghiệm này là:

1. Chùm tia không đơn năng và sự phân tán năng lượng có thể theo bậc của 100meV. Điều này thể hiện rõ độ sai số lớn ở các mức năng lượng thấp của electron.

2. Không thể có tất cả các electron tán xạ được tập hợp bằng bộ góp.

3. Các electron thứ cấp không được hạn chế.

4. Vì thực nghiệm đo có liên quan đến số lượng electron hoặc dòng điện, việc đạt được một tiết diện chuẩn đòi hỏi những bất định về áp suất khí và chất khí được lựa chọn như là một tiêu chuẩn tham chiếu,

Các electron cần được gia tốc trong chân không trong miền lưới để đạt được năng lượng cuối cùng của chúng, vì sự hiện diện của các phân tử khí sẽ dẫn đến trong các va chạm và sự phân tán của năng lượng của chùm tia sẽ trở thành khá lớn do đó các đo lường chính xác là không thể thực hiện. Các va chạm cũng phá huỷ môi trường đơn năng, làm cho nó trở lên không thể tạo ra một tiết diện vơớ một năng lượng xác định. Tuy nhiên, miền va chạm có thể cần thiết có các phân tử khí và do đó hoạt động ở áp suất cao hơn. Các yêu cầu va chạm của chân không trong miền lưới và áp suất cao hơn trong miền va chạm đòi hỏi một thiết bị bơm “vi phân”; Ramsauer, Kollath và Brode đã không sử dụng thiết bị như vậy. Điều này thường đạt được bởi một tấm chắn với một lỗ đường kính nhỏ, mỗi mặt được nối với một hệ thống bơm riêng rẽ. Điện trở cao hơn của lỗ đường kính nhỏ để việc bơm làm cho dễ dàng duy trì sự “vi phân” áp suất.

Trong những nỗ lực để làm giảm sai số, các phương pháp được phát triển với các kỹ thuật khác nhau đựoc nhóm lại như sau:

1. Kỹ thuật Ramsauer

2. Kỹ thuật Ramsauer hiệu chỉnh

3. Phương pháp truyền tuyến tính

4. Phương pháp chùm tia giao thoa

5. Phương pháp thời gian dịch chuyển (TOF)*—> cái này lab mình dùng ^.^

Dữ liệu về tiết diện ion hoá của phân tử khí (2/2)

Thử nghiệm và kết quả lý thuyết quá trình ion hóa của các phân tử bị kích thích dao động cho thấy khá rõ ràng một sự thay đổi về ngưỡng ion hóa đến vùng năng lượng thấp hơn và sự tăng cường đáng kể của diện tích va chạm trong vùng năng lượng thấp hơn ở gần ngưỡng năng lượng (ngưỡng năng lượng là năng lượng động học tối thiểu mà một cặp hạt chuyển động phải đạt được khi có sự va chạm giữa chúng. Ngưỡng năng lượng luôn luôn lớn hơn hoặc bằng năng lượng “nghỉ” của các hạt được xem xét. Trong hầu hết các trường hợp khi động lượng được bảo toàn, ngưỡng năng lượng là lớn hơn đáng kể so với năng lượng nghỉ của các hạt xem xét và do đó sẽ vẫn có sự xem xét năng lượng động học trong các hạt cuối cùng), hai hiệu ứng này có thể ảnh hưởng đến sự cân bằng ion hóa trong quá trình plasma ở nhiệt độ thấp.

Dữ liệu về tiết diện ion hoá của phân tử khí (1/2)

Hiện tượng plasma với các phân tử phức tạp tồn tại trong các khí “feed gas-tiếp liệu”, việc tìm hiểu chi tiết đòi hỏi sự  xác định của các dạng ion được hình thành do va chạm electron. Như vậy, các tiết diện va chạm là cần thiết đối với việc hình thành của các ion “mẹ” và các sản phẩm của quá trình ion hoá phân ly. Đây là những khác biệt với tổng tiết diện ion hóa (tổng của các dạng ion hoá), chúng được đo trong một số trường hợp nhưng không được cung cấp thông tin đầy đủ về các dạng ion cụ thể được tạo ra.
Các tiết diện ion hoá cụ thể đã được xác định cho một loạt các hợp chất xử lý plasma, bao gồm SiH4, CF4, SF6, CCl2F2, và O2, cũng như  với khí làm sạch thông thường N2. Tổng tiết diện ion hoá cũng đã được báo cáo đối với chất khí Cl2 và F2. Sự thay đổi của các tiết diện này có thể xảy ra khi các phân tử mục tiêu ở trạng thái điện tử dao động hoặc điện tử kích thích. Khoa học thực nghiệm cũng không phát triển tốt đến mức để có thể nghiên cứu các dạng ảnh hưởng này.

Dữ liệu về tiết diện ion hoá của nguyên tử khí

Đối với các nguyên tử thành phần tồn tại trong các hợp chất “kết tủa” và các khí “khắc” plasma (F, Cl, Br, C, N, S, H, O), các tiết diện về sự ion hoá đã được đo lường với sai số trong phạm vi +/-20%. Trạng thái thí nghiệm là tương tự nhau đối với các khí hiếm được sử dụng làm chất khí trung gian (khí đệm -mình hiểu như vậy vì đối với các chất khí có khả năng gây phản ứng mạnh thì khi thực hiện thí nghiệm đều phải sử dụng các chất khí hiếm làm “đệm” với nồng độ cao từ 80 – 99.5%) và khí làm loãng. Ví dụ, các tiết diện ion hoá đơn lẻ đối với tất cả các khí hiếm được biết đến có sự sai số khoảng +/-8%. Một số ít các dữ liệu về tiết diện ion hoá đối với các nguyên tử trong trạng thái kích thích và trạng thái “nửa bền”, trừ các nguyên tử kiềm và các khí hiếm “nửa bền”, H, N và O.

Tổng quan về các quá trình va chạm của các electron

Trong việc mô hình hoá và tính toán các ứng dụng của của quá trình plasma, các dữ liệu định lượng rất cần trong một số các phản ứng để dẫn ra các dạng trung tính và các ion âm, dương dưới các điều kiện thực tế trong công nghiệp, đặc biệt đối với các vật chất được sử dụng trực tiếp trong việc ngắt hay tạo plasma. Về lý tưởng, đối với một số tính chất hoá học đã được xem xét thì quá trình va chạm của các electron dẫn ra tất cả các phản ứng có thể, các sản phẩm và ngay lập tức phải được tìm hiểu, khám phá ngay. Tiết diện hay xác suất của sự thay đổi các phản ứng (ion hoá, kích thích, phân ly, kết hợp và tái hợp) sẽ phụ thuộc vào các điều kiện của plasma về nhiệt đôn và trạng thái năng lượng của các dạng mục tiêu.