' Zentralinstitut far Elektronenphysik der AdW der DDR Institutsteil V, Gasenthdungsphysik, Greifawald

Untersuchungen zu den Existenzbereichen und Typen von ac-Entladungen

11. Das Verhalten der Entladungstypen in Ne/Ar-Gemischen und der Vergleich mit Ne/N,-Gemischen

Von

S . MULLER und R. J. ZAHN

Eingegangen am 6. M&rz 1981

Abstract

The investigations on the transition between the discharge modes in Ne-N, mixtures are described in [l]. I n the present paper we investigate Ne-Ar mixtures with a view to comparing the behavionr of these different mixtures. The measurements confirm the transition mechanism between the bistable pulse mode and the non-bistable continuous mode in Ne-Penning mixtures. The life time of metastable atoms is important for the existence of the continuous mode. If the life time is changed by varying the cross sections for the Penning ionization QP (e.g. in other mixtures), the transition frequency of both these discharge modes shows a corresponding shift, which, for both mixtures, is in good agreement with literature values of Qp. The second part presents a study of the quasiglow mode. The transition between the pulse mode and the quasiglow mode correlates to the ion transit time. The three discharge modes are represented in the existence diagram.

1. Einleitung

Die in Teil I [l] dargelegten Untersuchungen iiber die Existenzbereiche unterschied- licher Entladungsmoden in Ne/N,-Gemischen brachten folgende Ergebnisse. Der bi- stabile pulse mode geht bei Frequenzerhohung in Ne/N,-Penninggemischen in den nicht- bistabilen continuous mode uber. Diese Obergangsfrequenz j hiingt in gesetzmB13iger Weise vom Druck p , Elektrodenabstand d und dem Mischungsverhhltnis X ab. Fur den continuous mode ergibt sich folgender Mechanismus. Die Ionisierung erfolgt im wesent- lichen uber die metastabilen Xeonatome durch den Penningeffekt, insbesondere auch in den Zeitabschnitten, in denen die aul3en anliegende Spannung zur Anregung und Ioni- sierung zu gcring ist. Die Grenzfrequenz fur den Ubergang zum pulse mode hangt somit eng mit der Lebensdauer der Metastabilen zusammen. Weiter mu13 gefordert werden, daG die Ioneniibergangszeit gro13er ist als die Halbperiodendaiier, so da I3 die gebildeten Ladungstrager im Mittel im Volumen bleiben.

Der in Ne/N,-Gemischen gefundene Mechanismus fur den continuous mode sollte auch in anderen Penninggemischen gelten. Diese Frage wird hier in Ne/Ar-Gemischen iiberpriift. Weiter ist die Einordnung des quasiglow mode in die Entladungstypen noch

370 S. JIULLER und R. J. ZMiN

offen. Auch diese Frage sol1 hier verfolgt werden, um zu einer geschlossenen Darstellung der Existenzbereiche der 3 Entladungstypen pulse mode, continuous mode und qiiasi- glow mode zu gelangen.

2. Ergebnisse und Diskussion

2.1. Neon-Argon-Gemische

Um den Vergleich der Ne/N,-Penninggeniische mit den Ne/Ar-Penninggemischen beziiglich des ubergangs des einen Entladungstyps in einen anderen zu vereinfachen, wurden die gleichen Mischungsverhaltnisse gewahlt. Untersucht wird der f'bergang in den nichtbistabilen (oder sehr schwach histahilen) continuous mode, der sehr licht- und stromschwach ist. Dieser Hinweis ist wichtig, weil auch ein stromstarker, die ganze Halbwelle ausfullender Entladungstyp gefunden werden kann. Es wird das Gemeinsame und das Unterschiedliche im Et$ladungsverhalten zwischen den beiden Penning- gemischen herausgestellt .

Ne+.?% Ar, 26,7kPa

**-x-x-

1 0

200 4

d = 0'6 mm

1601 I I l , , 1 1 1 1 I I I I I I I I I

10' 102 kHz lo3 f

Abb. 1. Verlauf von Ziind- und Liischspannung in Abhiingigkeit von der Frequenz fur Ne + 2% Ar

In der Abb. 1 sind die Ziind- und Idoschspannungen in Abhiingigkeit von der Frequenz fur ein Gemisch vonXe + 2% Ar dargestellt. Qualitativ wird das gleiche Verhalten wie in Ne/N,-Gernischen gefunden. Der bistabile Bereich als Differenz zwischen Ziind- und Loschepannung durchliiuft bei Frequenzerhohung ein Maximum und verschwindet bei einer bestimmten Frequenz praktisch vollig (oberer Teil der Abb.). Dieser Ubergang ist inehr oder weniger scharf ausgepriigt. Die Frequenz, bei der die Ziind- und Losch- spannungskurven zusammenlaufen, nennen wir die cbergangsfrequenz f zwischen den beiden Entladungsmoden. Zu niedrigeren Frequenzen hin existiert eine helle, impuls- formige und bistabile Entladungsform, zu hoheren Frequenzen hin eine dunkle, strom- schwache und iiber die ganze Halbwelle brennende nichtbistabile Form.

Dagegen zeigt der untere Teil der Abb. 1 ltber auch ein gegenuber Ne/N,-Gemischen abweichendes Verhalten. Der cbergang in den continuous mode erfolgt in einem engen Parameterbereich uber eine Zwischenst ufe. Von kleinen Frequenzen kommend, wird das schon bekannte Entladungsverhalten gefunden. Der bei hoheren Frequenzen kleiner werdende bistabile Bereich wird jedoch vor allem auf Kosten des Ansteigens der Losch- spannung abgebaut, und bei Erniedrigung der sustaining voltage geht die Entledung

Untersuchungen von ac-Entladungen 37 1

anfangs sprunghaft in eine dunklere Form uber (f = 200 kHz), deren Laschspannung in der Abb. durch volle Punkte gekennzeichnet ist. WIhrend die helle Entladung strom- stark ist, in ihrem Aussehen weitgehend der Impulsentladung entspricht, zeigt ihr Entladungsstrom jedoch hereits den Charakter einer kontinuierlichen Entladung. Die dunkle Entladungsfonn ist dagegen in ihrem Aussehen und in ihrer Stromstiirke und -form dem continuous mode zuzuordnen, jedoch liegt in einem groBeren Frequenz- bereich noch eine deutliche Differenz zwischen Ziind- und LGschspannung vor. Beide Spannungskarven laufen in diesem Beispiel bei etwa 800 kHz zusammen, so da13 erst hier die bisherige Charakterisierung des continuous modes als nicht (oder nur gering) bistabil zutrifft.

4 2 lo',

Ne + 2% Ar

0 continuous mode - O Q A 0 A k $ oAao A Q

8 . .

pulse mode

L 4 - d L 40 kPa - 0 26,?kPa - A 20 kPa - Q 13,3kPa

A 6,7kPa

Q

- 8 10 kPa

I I I ! , , , I 6 I I I , # I 1 I

Unter Venvendung der schon in [l] benutzten Ahnlichkeitsparameter f / p und pd stellt Abb. 2 diese Obergangsfrequenzen fur Ne + 2% Ar dar. Entsprechend dem uber- gangscharakter sind zwei Frequenzen aufgetragen. Die dem kleineren f/p-Wert ent- sprechende gehort zum Einsatz der noch bistabilen Ubergangsform (gestrichelte Kume), der obere Frequenzwert entspricht der Frequenz, hei der die Zund- und Loschspan- nungskurven zusammenlaufen (ausgezogene Kurve). Wir finden auch hier, wie in Ke/N,-Gemischen, da13 oberhalb eines bestimmten pd-Wertes die auf den Druck redu- zierte Ubergangsfrequenz unabhtingig von pd ist. Unterhalb dieses Wertes steigt die Ubergangsfrequenz mit abnehmendem pd. Dieses Ansteigen wird bei Verringerung des Ar-Anteils in den Gemischen noch deutlicher (Abbn. 3, 4).

Dns oben beschriebene Ubergangsverhalten, charakterisiert durch einen licht- schwachen, histabilen, aber kont inuierlich brennenden Entladungstyp, wurde nur bci hoheren Ar-Zumischungen gefunden und nimmt deiitlich mit abnehmendem Ar- Anteil ab, d. h. der Frequenzbereich fur den Obergangstyp verringert sich (Abbn. 2, 3).

Die bei kleinen pd-Werten auftretenden gro13en Abweichungen vom linken Kurvenast beruhen auf der Behinderung der Entladung, da die pd-Werte bereits links voni Paschen- minimum liegen. Die Entladung greift unter gleichzeitiger Bbsenkung der Zundspannung auf die iiul3ere Isolierung der Elektroden uber und vergroBert damit die Entladungs- strecke. Entsprechend dem hoheren pd-Wert setzt bei bereits wesentlich geringeren Frequenzen der continuous mode ein. Die auch in Ne/S,-Gemischen vorhandene Neigung zum elektrischen Oberschlag auf die auljere Isolierung [l] tritt in NelAr- Gemischen noch verstarkter auf.

372 S. MUUER und R. J. ZAHN

Die den Abbn. 2-4 entnommenen Kurven fiir den Einsatz des continuous mode sind in der Abb. 5 im Zusamiuenhang dargestellt. AuBerdem sind in dieser Abb. die Ergeb- nisse von weiteren Mischungsverhiiltnissen aufgenommen. Die fur Ne/N,-Gemische gemachten Aussagen bleiben voll gultig : - Fur jedes Mischungsverhaltnis existiert eine eigene Grenzkurve. - Mit geringer werdendem Ar-Anteil der Gasmischung verschieben sich die Grenz-

- Ebenfalls verschiebt sich der Knick in der Grenzkurve mit der hnderung des

Die in [I] gefuhrte Diskussion iiber den Mechanismus beim cbergang vom pulse mode zum continuous mode ergab, da13 die tfbergsngsfrequenz 7 indirekt proportional der

kurven zu kleineren flp-Werten.

Mischungsverhaltnisses.

lo'€

i Hz/Pa 80 kPa

N e t O , 3 % Ar *GO kPa 0 26,7kPo A 20 kPa 0 133 kPo . 10 kPa a 6,7kPu

:\ontinuous 0 mod;

pulse mode A *-%-

I m--n--y I I 1 1 1 1 1 I I ,

10 0 10' Porn IO-' Pd

Abb. 3. Die auf den Druck reduzierte ubergangsfrequenz f / p als Funktion von pd fiir Ne + 0,3% Ar

L

i Hz/Pa

x 80 kPa GO kPa

0 26JkPa 10 kPo

0 13,JkPo 9 t0 kPa

6,7kPa

Ne * 0,03 % Ar

A.

continuous mode

Pd

Abb. 4. Die auf den Druck rediizierte ffbergangsfrequenz f / p als Funktion von pd fur h'e + 0,03% Ar

Untersuchungen von ac-Entladungen 373

Lebensdauer der metastabilen Neonatome im Ne-Penninggemisch ist :

j - 1 - xiVzPm = XNv,QP 7,

Hierin bedeuten

t, - Lebensdauer der Metastabilen, X = 2 P - _ - " - Mischungsverhiiltnis , PI f P1 P

27 = n,p - Gasdichte, p1 - Partialdruck des Grundgases, p2 - Partialdruck des zu- gemischten Gases, Zpm - StoBrate fur die Penningionisation, v, - mittlere Relativ- geschwindigkeit der Atome, Qp - Wirkungsquerschnitt fur die Penningionisation.

1 Hz/Pa

100 10 ' 102 Pam - 103 Pd

Abb. 5. Zusammenstellung der Grenzkurven fur die einzelnen Ne/Ar-Gemische

Damit besteht zwischen 1 und dem Partialdruck der Penningmischung ein h e a r e r Zusammenhang, solange tm wesentlich durch die Vernichtung der Metaatabilen uber den Penningeffekt bestimmt ist. Das ist bis herab zu einem Mischungsverhaltnis von etwa 0,03y, der Fall. .

Als weiteres wurde in [l] fur die Ionenubergangsfrequenz f ; , die den Knick der Grenz- kurve zwischen den Entladungsmoden bestimmt, der Ausdruck

erhalten, mit b+(2) - Beweglichkeit der Fremdgasionen in Neon, ng - Gasdichte bei 0 "C und 1 Pa, Uo - Amplitude der anliegenden Wechselspannung.

1st pd grol3, so bleiben die in einer Halbwelle gebildeten Ionen zum groBen Teil im Entladungsvolumen. Die Grenzkurve fur den continuous mode wird allein durch die Lebensdauer der Metastabilen bestimmt und ist unabhlingig von p-l. Wird mit ab- nehmendem pd jedoch 7 < f i , so verlassen die Ladungstriiger zum groBten Teil das Volumen. Durch das Ansteigen von f werden die Zeitbereiche, die zur Riiumung des Entladungsvolumens von den Ladungstriigern zur Verfugung stehen, so verkuret, daB

374 S. MULLER uncl R. J. ZAEN

weiterhin eine kontinuierliche Entladung aufrechterhalten werden kana Das in Abb. 5 dargestellte f J p (gestrichelte Kurve) wurde aus (2) unter Zugrundelegung eines kon- stanten Uo erhalten. Dieses Vorgehen ist insofern gerechtfertigt, sls im Knickbereich der jeweili en Grenzkurven fur die einzelnen Gasgemische die gemessenen Zundspannungen beim fJ bergang vom pulse mode zum continuous mode in etwa gleich sind (w 190 Vetf).

In den Beziehungen (1) und (2) treten gasartabhiingige GroRen auf, so daD im Uber- gangsverhalten der Entladungstypen in den unterschiecllichen Penninggemischen zwar nicht qualitative, wohl aber quantitative Unterschiede zu envarten sind. Diese gasart- abhiingigen Grogen sind in (1) die Stohate fur die PenningstoSe zpr und in (2) schlieb lich die Beweglichkeit der Ionen des zugemischten Gases in Xeon. (Wir setzen vomus, da13 die Konzentration der Ne-Ionen klein ist gegenuber der der Fremdgasionen, so daB wir nur diese zu betrachten hrauchen).

Da sich die Beweglichkeit der N;-Ionen von der der Ar+-Ionen nur unwesentlich rinterscheidet [Z], gndert sich die Ionenubergangsfrequenz f i in ihrer Lage gegeniiber den Verhiiltnissen in Ne/N,-Gemischen ebenfalls nur wenig.

Durch Einsetzen von X und N in (1) erhalten wir

1

Diese Beziehung zeigt den Zusammenhang zwischen der auf den Partiddruck redu- zierten ffbergangsfrequenz und der PenningstoBrate bzw. dem StoBqueryhnitt fur PenningstoBe. Der Vergleich der Darstellung in Abb. 5 mit der entsprechenden in Bern2- Gemischen [I] zeigt, daB etwa um den Faktor 2 hohere Stohaten fur PenningstoSe in Ne/Ar-Gemischen zugrunde gelegt werden konnen. Die in [2] angegebene Zusammen- stellung der Wirkungsquerschnitte fur den Penningeffekt entspricht dieser Tendenz Unter Zugrundelegung eines Penningquerschnittes von 5 - cm8 fur N2 "4 egibt sich QpA7 w 1,l - cma aus dem Verhiiltnis der Obergangsfrequenzen vom pulse mode zum continuous mode in den beiden Gasgemischen. Dieser Wert entspricht dem von &Xc LENARD [3] gefundenen und liegt unter dem von PFAW und RUTSCHER [2] an- gegebenen von (1,7 f 0,s) *

WEST und Mitarbeiter [5] bestimmten experimentell die Gesamtionenproduktions- querschnitte von metastabilen Edelgasatomen bei Stol3en mit Fremdgasteilchen. Hierbei konnen eine ganze Reihe sehr unterschiedlicher Prozesse auftreten, die all- gemein als Chemieionisation zusammengefa R t werden.

cm2, wogegen BIOXDI [4] 2,6 - cm2 angibt.

A * + B C - t A + B C + + e -

A* + BC + ABC+ + e-

A* + BC -+ A + B+ + C + e-

.A* + BC +AB+ + C + e-

A* + BC + A + B+ + C- Hierin stellt der ProzeB (4a) die eigentliche Penningionisation dar, wahrend (4b) als assoziative Tonisation, (4c) als dissoziative Ionisation, (4d) als Umlagerungsionisation und (4e) als Ionenpaarbildung bezeichnet wurde. Fur den Entladungsmechanismus des continuous mode ist die Art der entstehenden Ionen relativ unwesentlich (lediglich die unterschiedliche Beweglichkeit der Ionen konnte auf den kritischen pd-Wert wirken, bei dem die l/p-Kurve abknickt). Deshalb wlire es richtiger von der Chemieionisation zu sprechen. Andererseits diirfte der Penningeffekt der wirksamste ProzeB sein neben der

Untersuchungen von ac-Entladungen 375

assoziativen Ionisntion (mit etwa 31% in Ne/Ar-Gemischen und etwa 6% in Ne/N,- Gemischen [5] ) . Wir setzen fiir unsere Betrachtungen daher den Gesamtionenproduk- tionsquerschnitt gleich dem Penningionisationsquerschnitt.

Xiir ein Gemisch mit unbekanntem Verhiiltnis von 3P, und 3P, Ne-Atomen erhielten WEST und Mitarbeiter fur den Gesamtionenprodukt,ionsquerschnitt in Stickstoff Qp = 10,4 - cm2 und in Argon Qp = 14,7 . 10-l6 cm8. Diese Werte ordnen sich in das allgemeine Bild ein.

2.2. Der quasiglow mode

Der Entladungsstrom wird bei der Variation der Frequenz und pd iiber einen groBen Bereich stark modifiziert. Mit der Anderung dieser Parameter einher geht auch die Um- wandlung der Entladungstypen. Aus dem Stromoszillogramm oder aus der Bistabilitat allein ist wegen der sehr fliefienden Anderungen eine Aussage iiber den Entladungstyp erschwert. Dies trifft besonders fur den quasiglow mode zu, der in der Literatur zwar erwahnt und beschrieben wird, iiber dessen Existenzbereich jedoch nur sehr wenige Angaben vorliegen. Es ist also nach einer physikalisch sinnvollen Abgrenzung dieses Typs gegenuber den anderen zu suchen. Ferner sind Angaben zu seinen Existenz- bedingungen zu machen.

Eine Zusammenstellung der bisherigen Daten fur den quasiglow mode in Ne/N,- Gemischen ergibt folgendes Bild :

Ne + 10% N,, p = 10 Torr (1,3 kPa),

Ne + 10% N2, p = 100 Torr (13,5 kPa), d = 5 mm, f = 250 kHz 191

Ne + 1% Nz, p = 100 Torr (13,5 kPa), d = 5 mm, f = 60 kHz [lo]

d = 1,l cm, f = 50 kHz [S]

Zusiitzlich wird der quasiglow mode auch in Ne [S) beschrieben. In anderen Arbeiten wird der Ubergangscharakter dieses Entladungstyps hetont, wonach der quasiglow

N e + Z % A r

f / P \ \ \ \ \"-"

\ '\ x u c

100 10' 102 Pam 103 Pd

Abb. 6. Die Lage der in den Abb. 7 und 8 dargestellten Entladungsstrome im Existenzbereits- diagramm fur Ne .f 2% Ar

6 Beitr. Plaamaphys.. Bd. 22, H. 4

376 S. MULLER uiid R. J. Zaiia

mode &us dem pulse mode bei grol3eren ElektrodenabstLnden und hoheren Frequenien hervorgeht [ll, 121. Ein Vergleich der Angaben mit unserem Existenzbereichsdiagramm fiir den continuous mode ergibt, daB der quasiglow mode in einem Bereich f / p > f J p aidtritt. Im Gebiet des continuous mode kann der quasiglow mode durch Spannungs- crhohung erhalten werden. Es ist die Frage von Interesse, ob die bereits eingefuhrten Frequenzen f und f i auch eine Bedeutung fur den Esistenzbereich des quasiglow mode heaitzen. Tn der Abb. 6 ist fur Ne + 2(% Ar die reduzictrte cbergangsfrequeiiz f l p und die reduzierte Ioneniibergangsfrequenz f , / p dargestellt. Dieses Mischungsverhiiltnis wurde ausgewiihlt, iim einen moglichvt grofien Bereich 1 < f zu untersuchen. In diese Ahb. sind die Parameter der folgenden Oszillogramme eingetragen. Die Oszillogramme zeigen den Verlauf des Entladungsstroms fiir Frequenzen in der Kiihc ron f i . Es sind

a!

c l

Abb. 7. Stromoszillogramme fur unterschiedliche pd-Werte bei eincm konstanten'flp = 1,25 Hz/Pa a) pd = 32 Pa m, b) pd = 64 Pa m, c ) pd = 160 Pa m

cl

Abb. 8. Stroniomillogra mine fiir unterschiedliche Prequenzen bei konstniitcm p d = LS P:i m

a ) 1 L= 25 kHz, b) f = 50 kHz, C) f = 200 kHz

Untersuchungen von ac-Entladungen 377

sowohl Darstel_lungen bei f < f i als auch f > f i enthalten; der Ubergang erfolgte fur die Abb. 7 durch Anderung von pa, fur die Abb. 8 dagegen durch Frequenziinderung.

Abb. 7 zeigt das Verhalten des Entladungsstromes bei einem konstanten f / p z 1,25 HzlPa. Fur das Oszillogramm der Abb. 7a ist f l p < f i l p Die Entladung ist durch einen impulsformigen Strom mit Zeitbereichen pro Halbwelle gekennzeichnet, in denen kein Entladungsstrom mehr nachweisbar ist. I n der Phasenlege ist der Entladungsstrom durch die aufgebaute Wandspannung gepriigt, die eine Wiederzundung der Entladung bereits vor dem Spitzenwert der Unterhaltsspannung ermoglicht. Diese Form des Entladungsstromes ist charakteristisch fur den pulse mode. Fur kleinere pd- und f /p- Werte, wie sie fur Plasmadisplays typisch sind, wird die impulsformige Form des Ent- ladungsstromes noch ausgepragter, da die Zeitbereiche ohne Entladungsaktivitkit grii Ber werden im Vergleich zum Entladungsstromimpuls.

Mit der Erhohung von pd wird auch f / p > f J p (Abb. 7b). Der Entladangsstroni ist ebenfalls durch einen kraftigen Impuls gekennzeichnet ; jedoch weist die Ruckflanke bereits typische Veriinderungen a d . Sie zeigt in ihrem lang auslaufenden Teil beim Wechseln der Polaritat des Innenfeldes einen kleinen Sprung, da auch die Polaritiit des Entladungsstromes sich iindert. Dieses Verhalten wird durch die weitere Erhohung von pd (Abb. 7c) noch deutlicher. Der wesentliche Anteil der Ionen am Stromtransport und der Zerfall der metastabilen Atome bewirken einen relativ langen Stromschwanz [13 - 171. Die Richtung des Ladungstr&gertransports h&ngt dabei von der Zellspannung Uc ab. Diese setzt sich aus der AuBenspannung Us und der Wandspannung Uw zu- sammen. Wird Uc = 0, besitzt die Wandspannung die gleiche GroBe wie die auBen anliegende Spannung. Verringert sich die AuBenspannung weiter, polt sich das innerc elektrische Feld urn, da die Wandspannung der AuBenspannung entgegengerichtet ist . Damit verbunden ist auch eine Anderung der FluBrichtung des elektrischen Stromes. Diese Anderung erfolgt realtiv sprunghaft wie den Abbildungen zu entnehmen ist. Aus solchen Oszillogrammen ist in direkter Weise die GroBe der Wandspannung zu hestimmen. Das Zeitintegral des Entladungsstromes ergibt die GroBe der transportierten Ladungsmenge, so daB zusammen mit Uw auch Aussagen uber die Kapazitiiten der Entladungszelle moglich sind.

Zu analogen Aussagen fuhrt eine Anderung der Frequenz bei festgehaltenem pd (Abb. 8). Auch hier tritt fur f > f i (Abb. 8b) der Sprung im Stromoszillogramm auf der Ruckflanke des Impulses auf. Bei weiterer Frequenzerhohung (8bb. 8c) wird das FlieBen eines Entladungsstromes vor dem stromstarken Impuls, getragen von Ladungs- tragern aus der vorhergehenden Halbwelle, deutlicher.

Aus der Analyse des Zeitverhaltens des Entladungsstromes lassen sich nun zusammen- f assend folgende Grundaussagen gewinnen : - I m Parameterbereich f / p < j / p sind Bereiche mit unterschiedlicheni Zeitverhalten des Entladungsstromes zu finden. - Die auf den Gesamtdruck reduzierte Ionenubergangsfrequenz f , / p unterteilt den Bereich fur die bistabile Entladung dabei in zwei Gebiete:

Unterhalb von f J p erfolgt cler Abtransport der Ladungstrager auch innerhalb der- selben Halbperiode, in der sie gebildet werden, und der Entladungsstrom ist impuls- formig. Oberhalb von filp werden die niichstfolgenden Entladungen bereits durch Ent- ladungen von der vorhergehenden Entladung beeinflu B t ; dem Stronipik folgt eine relativ lange Ruckflanke mit einem Stromnulldurchgang und daniit ein mehr oder minder groRer StromfluB his in die niichstfolgende Halbperiode hinein.

- Der in die nachste Halbperiode hineinreichende Stromanteil nimnit mit der Er- hohung von f / p zu. Diese Zunahnie setzt sich bis in den Bereich f / p > f / p fur den BUS Clem continuous mode durch Spannungsr?rhohnng erhnltenen Entladiingstyp fort.

(i *

378 S. MULLER und R. J. ZAEN

Damit lassen sich fur die aus der Literatur bekannten Entladungstypen continuous mode, pulse mode und quasiglow mode die Existenzbereiche angeben. j / p stellt die untere Existenzgrenze fur den continuous mode dar. Durch f J p wird der pulse mode vom quasiglow mode abgegrenzt. Wie die Stromoszillogramme zeigen, erfolgt zwischen den beiden Entladungstypen ein kontinuierlicher f'bergang. Daneben wird der quasi- glow mode bei Spannungserhohung auch im Existenzbereich des continuous mode gef linden. Die Existenzbereiche der 3 Entladungstypen in Ne/N2- und Ke/ilr-Penning- Gemischen lassen sich fur alle Mischungsverhiiltnisse (in den untersuchten Grenzen) unter Verwendnng der auf den Partialdruck der Zumischung reduzierten Frequenzen f / p N , bzw. f lp , und dem Ahnlichkeitsparameter I/x pd [ 11 geschlossen darstellen. Auch die Ionenubergangsfrequenz kann auf den Partialdruck bezogen werden, so da13 wir aus (2) z. B. fiir Ke/S,-Gemische erhalten

f i b+(N*+) 1 Go PAY 8 % 2n -=-.-.

N e + X % N , x 2 % Nz - . 9 1% N2 o 9 3 % Nz

+ 903#bz

continuous mode t quasiglow mode

pulse mode

6/ J.\. pN2 \. quasiglow mode

\

104 I L I I L I I I I J I I I I I I l l

100 101 .Pam fO2 pd X "*

Abb. 9. Die Existenzbereichsabgrenzung fur die Entladungstypen in Ne/N,-Gemischen

N e + X % A r

4

2 % Ar 1 % Ar 93% Ar O,l% Ar 403 % Ar 001% Ar 2"/, 1%,0,3%Ar

104 I I , , , , , , I 1 , 8 1 1 1 1 1 1 I 1

10 0 10' Pam 102 p d X v z

Abb. 10. Die Existenzbereichsabgrenzung fur die Entladungstypen in Ne/Ar-Gemischen

Untereuchungen von ac-Entladungen 379

Abb. 9 zeigt die geschlossene Darstellung der Existenzbereiche in Ne/N2-Gemischen, und die Abb. 10 in NelAr-Gemischen. I n den NelAr-Gemischen iiberdeckt der quasiglow mode beim fjbergang zum continuous mode fur die grol3eren bfischungsverhdtnisse bereits die eindeutige Festlegung von j/pAr, so daB dort eine Ubergangsform gefunderi wird, die teils Eigenschaften des quasiglow mode, teils die des continuous mode besitzt. Die untere Einsatzfreyuenz der ubergangsform ist in der Abb. 10 durch Karos gekenn- zeichnet, ihre obere Frequenzgrenze ist durch den Einsatz des continuous mode gegeben.

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