Индуктивно-связанная плазма

Индукти́вно-свя́занная пла́зма (ИСП), англ. inductively coupled plasma, ICP — плазма, образующаяся внутри разрядной камеры, горелки или иного плазменного реактора при приложении высокочастотного переменного магнитного поля.

Принцип действия

Индуктивно-связанная плазма (ИСП) – это тип газового разряда, возбуждаемого переменным магнитным полем при помощи индукционной катушки (индуктора). ИСП также имеет другие названия: индукционная плазма, индукционный разряд. ИСП зажигается и поддерживается за счёт циклических индуцированных вихрей электрического тока свободных электронов (и ионов) в плазме. Для возбуждения ИСП обычно используется переменное электромагнитное поле на частоте 1 – 100 МГц. ИСП впервые наблюдал Хитторф в 1884 году, который обнаружил свечение остаточного газа в разрядной камере при пропускании высокочастотного тока через соленоид, охватывающий разрядный объем.

Главное отличие ИСП от емкостного разряда в том и заключается, что ИСП возбуждается (индуцируется) магнитным полем, в то время как емкостной разряд возбуждается и поддерживается за счёт электрического поля (постоянного или переменного). При прочих равных условиях ИСП характеризуется существенно более высокой концентрацией электронов по сравнению с емкостным разрядом.

ИСП при атмосферном давлении (обычно в аргоне) в виде открытой горелки используется в спектроскопических методах аналитической химии для определения состава веществ и материалов. ИСП при низком давлении (часто в агрессивных газах) в закрытых реакторах используется для плазменного травления (этчинга, от etching - травление) при производстве полупроводниковой микроэлектроники.

В аналитической ИСП в горелку обычно подаётся растворённое анализируемое вещество, распыляемое в виде аэрозоля и вносимое в плазменную горелку потоком аргона. Когда в плазму аргоновой горелки попадают капельки аэрозоля, они моментально испаряются и распадаются на атомы и ионы. Другой метод ввода интересующего материала в плазму состоит в том, чтобы химически превратить определяемое вещество в молекулы газа, например, легколетучие гидриды. Третий способ - создание "сухого" аэрозоля с помощью мощного лазерного луча, который выжигает кратер в подставленном под него кусочке материала, переводя небольшую его часть в мелкодисперсное аэрозольное состояние — это так называемая лазерная абляция). Возбужденные в плазме атомы и ионы детектируются методами атомно-эмиссионной спектрометрии (ИСП-АЭС), либо масс-спектрометрии (ИСП-МС).

Плазменное травление в реакторах ИСП для изготовления полупроводниковой продукции обычно производится при давлениях 0.1 – 10 Па. В то же время для изотропного удаления слоёв или очистки внутренних поверхностей реактора часто требуется увеличение давления до ~1000 Па, что тем не менее значительно ниже атмосферного давления (100 кПа = 1000 гектапаскалей). Кроме плазменного травления в микроэлектронной промышленности используются разнообразные технологические плазменные процессы, например, ионная имплантация, плазмохимическое выращивание слоёв, удаление слоёв путём их распыления, плазменная чистка поверхностей и другие. При этом применяются различные газовые смеси и различные типы реакторов.

Преимущества

• Аналитическая ИСП характеризуется высокой концентрацией электронов порядка 10¹⁵ см^-3, а также высокой температурой (более 6000 К), что позволяет практически полностью атомизировать любые анализируемые вещества.
• Высокая концентрация электронов и ионов в ИСП также является одним из её главных преимуществ при плазменном травлении, поскольку обеспечивает высокую скорость и качество травления.
• Обычно индукционная катушка находится вне камеры горения, поэтому она не взаимодействует с плазмой, не разрушается агрессивными компонентами плазмы и не загрязняет плазму продуктами этого воздействия. Другими словами, данный тип газового разряда является безэлектродным.

Применения

• в атомной эмиссионной спектрометрии (ИСП-АЭС, англ. ICP-AES)
• в масс-спектрометрии: ИСП-МС, (англ. ICP-MS)
• в плазменном травлении (англ. ICP-RIE)

См. также

• Эмиссионный спектр
• Ионизация

Источники

• А. Монтасер, Д. Голайтли, «Индуктивно-связанная плазма в аналитической атомной спектрометрии» // VCH Publishers, Нью-Йорк, 1992.
• А. Монтасер, ред., «Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой» // Wiley-VCH: Нью-Йорк, 1998.
• Hittorf W. Ueber die electricitaetsleitung der gase / W. Hittorf // Ann.Phys. Chem. – 1884. – Vol.21. – P.90-139.

Ссылки

• [ewr.cee.vt.edu/environmental/teach/smprimer/icp/icp.html Inductively Coupled Plasma by Traci Bradford and M. Nicole Cook]  (англ.)
• [www.nytek.ru/Article_77.html Магнитный мультиколлекторный масс-спектрометр c индуктивно связанной плазмой для прецизионного изотопного анализа (NYTEK Instruments)]
• [www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/2786.html Масс-спектрометры с двойной фокусировкой в масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой]

Отрывок, характеризующий Индуктивно-связанная плазма

Несколько раз Герасим осторожно заглядывал в кабинет и видел, что Пьер сидел в том же положении. Прошло более двух часов. Герасим позволил себе пошуметь в дверях, чтоб обратить на себя внимание Пьера. Пьер не слышал его.
– Извозчика отпустить прикажете?
– Ах, да, – очнувшись, сказал Пьер, поспешно вставая. – Послушай, – сказал он, взяв Герасима за пуговицу сюртука и сверху вниз блестящими, влажными восторженными глазами глядя на старичка. – Послушай, ты знаешь, что завтра будет сражение?..
– Сказывали, – отвечал Герасим.
– Я прошу тебя никому не говорить, кто я. И сделай, что я скажу…
– Слушаюсь, – сказал Герасим. – Кушать прикажете?
– Нет, но мне другое нужно. Мне нужно крестьянское платье и пистолет, – сказал Пьер, неожиданно покраснев.
– Слушаю с, – подумав, сказал Герасим.
Весь остаток этого дня Пьер провел один в кабинете благодетеля, беспокойно шагая из одного угла в другой, как слышал Герасим, и что то сам с собой разговаривая, и ночевал на приготовленной ему тут же постели.
Герасим с привычкой слуги, видавшего много странных вещей на своем веку, принял переселение Пьера без удивления и, казалось, был доволен тем, что ему было кому услуживать. Он в тот же вечер, не спрашивая даже и самого себя, для чего это было нужно, достал Пьеру кафтан и шапку и обещал на другой день приобрести требуемый пистолет. Макар Алексеевич в этот вечер два раза, шлепая своими калошами, подходил к двери и останавливался, заискивающе глядя на Пьера. Но как только Пьер оборачивался к нему, он стыдливо и сердито запахивал свой халат и поспешно удалялся. В то время как Пьер в кучерском кафтане, приобретенном и выпаренном для него Герасимом, ходил с ним покупать пистолет у Сухаревой башни, он встретил Ростовых.


1 го сентября в ночь отдан приказ Кутузова об отступлении русских войск через Москву на Рязанскую дорогу.
Первые войска двинулись в ночь. Войска, шедшие ночью, не торопились и двигались медленно и степенно; но на рассвете двигавшиеся войска, подходя к Дорогомиловскому мосту, увидали впереди себя, на другой стороне, теснящиеся, спешащие по мосту и на той стороне поднимающиеся и запружающие улицы и переулки, и позади себя – напирающие, бесконечные массы войск. И беспричинная поспешность и тревога овладели войсками. Все бросилось вперед к мосту, на мост, в броды и в лодки. Кутузов велел обвезти себя задними улицами на ту сторону Москвы.
К десяти часам утра 2 го сентября в Дорогомиловском предместье оставались на просторе одни войска ариергарда. Армия была уже на той стороне Москвы и за Москвою.
В это же время, в десять часов утра 2 го сентября, Наполеон стоял между своими войсками на Поклонной горе и смотрел на открывавшееся перед ним зрелище. Начиная с 26 го августа и по 2 е сентября, от Бородинского сражения и до вступления неприятеля в Москву, во все дни этой тревожной, этой памятной недели стояла та необычайная, всегда удивляющая людей осенняя погода, когда низкое солнце греет жарче, чем весной, когда все блестит в редком, чистом воздухе так, что глаза режет, когда грудь крепнет и свежеет, вдыхая осенний пахучий воздух, когда ночи даже бывают теплые и когда в темных теплых ночах этих с неба беспрестанно, пугая и радуя, сыплются золотые звезды.
2 го сентября в десять часов утра была такая погода. Блеск утра был волшебный. Москва с Поклонной горы расстилалась просторно с своей рекой, своими садами и церквами и, казалось, жила своей жизнью, трепеща, как звезды, своими куполами в лучах солнца.
При виде странного города с невиданными формами необыкновенной архитектуры Наполеон испытывал то несколько завистливое и беспокойное любопытство, которое испытывают люди при виде форм не знающей о них, чуждой жизни. Очевидно, город этот жил всеми силами своей жизни. По тем неопределимым признакам, по которым на дальнем расстоянии безошибочно узнается живое тело от мертвого. Наполеон с Поклонной горы видел трепетание жизни в городе и чувствовал как бы дыханио этого большого и красивого тела.
– Cette ville asiatique aux innombrables eglises, Moscou la sainte. La voila donc enfin, cette fameuse ville! Il etait temps, [Этот азиатский город с бесчисленными церквами, Москва, святая их Москва! Вот он, наконец, этот знаменитый город! Пора!] – сказал Наполеон и, слезши с лошади, велел разложить перед собою план этой Moscou и подозвал переводчика Lelorgne d'Ideville. «Une ville occupee par l'ennemi ressemble a une fille qui a perdu son honneur, [Город, занятый неприятелем, подобен девушке, потерявшей невинность.] – думал он (как он и говорил это Тучкову в Смоленске). И с этой точки зрения он смотрел на лежавшую перед ним, невиданную еще им восточную красавицу. Ему странно было самому, что, наконец, свершилось его давнишнее, казавшееся ему невозможным, желание. В ясном утреннем свете он смотрел то на город, то на план, проверяя подробности этого города, и уверенность обладания волновала и ужасала его.
«Но разве могло быть иначе? – подумал он. – Вот она, эта столица, у моих ног, ожидая судьбы своей. Где теперь Александр и что думает он? Странный, красивый, величественный город! И странная и величественная эта минута! В каком свете представляюсь я им! – думал он о своих войсках. – Вот она, награда для всех этих маловерных, – думал он, оглядываясь на приближенных и на подходившие и строившиеся войска. – Одно мое слово, одно движение моей руки, и погибла эта древняя столица des Czars. Mais ma clemence est toujours prompte a descendre sur les vaincus. [царей. Но мое милосердие всегда готово низойти к побежденным.] Я должен быть великодушен и истинно велик. Но нет, это не правда, что я в Москве, – вдруг приходило ему в голову. – Однако вот она лежит у моих ног, играя и дрожа золотыми куполами и крестами в лучах солнца. Но я пощажу ее. На древних памятниках варварства и деспотизма я напишу великие слова справедливости и милосердия… Александр больнее всего поймет именно это, я знаю его. (Наполеону казалось, что главное значение того, что совершалось, заключалось в личной борьбе его с Александром.) С высот Кремля, – да, это Кремль, да, – я дам им законы справедливости, я покажу им значение истинной цивилизации, я заставлю поколения бояр с любовью поминать имя своего завоевателя. Я скажу депутации, что я не хотел и не хочу войны; что я вел войну только с ложной политикой их двора, что я люблю и уважаю Александра и что приму условия мира в Москве, достойные меня и моих народов. Я не хочу воспользоваться счастьем войны для унижения уважаемого государя. Бояре – скажу я им: я не хочу войны, а хочу мира и благоденствия всех моих подданных. Впрочем, я знаю, что присутствие их воодушевит меня, и я скажу им, как я всегда говорю: ясно, торжественно и велико. Но неужели это правда, что я в Москве? Да, вот она!»