论文部分内容阅读
本论文对电子回旋共振(ECR)等离子体发出的轫致辐射谱和极紫外光做了系统的实验研究，并对ECR等离子体的工作机制及新的应用前景进行了探索。
在ECR等离子体中，热电子对于离子的形成、约束以及整个等离子体的能量平衡具有重要意义，而由电子发出的轫致辐射谱则包含了电子的能量、密度等信息，因此，测量等离子体发出的轫致辐射谱作为一种非侵入式的诊断方式，成为等离子体诊断的有力手段。为了研究ECR等离子体中热电子这个重要组成部分，我们对三台高电荷态ECR离子源的轫致辐射谱进行了系统测量，并通过对实验谱的拟合得到一个代表等热电子平均能量的参量——光谱温度Tspe。通过测量不同工作参数下(例如微波频率、功率，约束磁场，掺气，负偏压等)等离子体的轫致辐射谱，深入研究了ECR离子源的这些工作参数对热电子能量及密度的影响，并对ECR等离子体中与电子加热及等离子体约束相关的一些物理问题进行了探索性的研究和讨论，在此基础上，对一些已在ECR离子源界得到广泛应用但其物理机制尚不十分清晰的经验性规律及技巧(如Scaling laws，掺气效应，负偏压效应等)，做出了新的解释。其中的创新点有：通过对ECR等离子体轫致辐射谱的测量，首次从电子加热的角度诠释了在ECR源领域得到普遍认可的有关约束磁场的Scaling laws；首次实验观察到在磁场分量Blast≈Bext时，离子源的约束和引出之间的关系达到最佳，而当Bext小于Blast较多时，等离子体的约束将遭到较严重的破坏；实验观察到热电子能量随共振区磁场梯度的减弱而提高，并分别从单粒子轨道模型和电磁波在等离子体中的传播两个角度对这一现象进行了分析；基于实验现象，从抑制等离子体不稳定性的角度出发对掺气效应做出了新的解释。
由于在未来光刻及显微成像等领域的广泛应用前景，极紫外(EUV)和软X射线光源目前是国际上的研究热点，而ECR等离子体作为一种高离化态的等离子体，为EUV和软X射线光源的发展提供了一条新思路。为了研究ECR等离子体作为EUV光源的可行性，我们对其发出的波长在13.5nm附近的窄带宽EUV光功率进行了初步测量，在超导ECR离子源——SECRAL上，测量到了超过2W的窄带宽EUV光功率(2π sr)，这是目前国际上利用ECR等离子体产生并测量到的EUV光功率中的最好结果，这一结果证明了ECR等离子体作为EUV光源的潜力，但在发射强度、转化效率等方面还需做出很大的改进，本论文给出了相应的研究发展思路。