氣壓對微束射頻容性放電模式調(diào)制的研究*

黃就歡 高飛 王友年

(大連理工大學(xué)物理學(xué)院, 三束材料改性教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 大連 116024)

微束射頻容性放電在納米晶體顆粒等離子體增強(qiáng)氣相合成有著潛在的應(yīng)用前景.本論文利用ICCD、單反相機(jī)、高壓探頭和電流探頭等對微束射頻容性放電特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)診斷研究.結(jié)果發(fā)現(xiàn): 在純氬氣微束射頻放電中, 隨著氣壓的增加, 放電從輝光放電模式向多通道絲狀放電模式轉(zhuǎn)換; 在99%氬/1%氫混合氣體微束射頻放電中, 絲狀放電模式消失, 而是從低氣壓全空間分布的輝光放電模式, 到中等氣壓向軸心收縮的輝光放電模式, 最后到高氣壓的“環(huán)狀”輝光放電模式; 而在純氫氣微束射頻放電中, 隨著氣壓的增加, 放電模式直接從全空間分布的輝光放電模式向“環(huán)狀”輝光放電模式轉(zhuǎn)換.最后通過射頻電場中電子加熱、趨膚效應(yīng)和氣體熱傳導(dǎo)的共同作用解釋了產(chǎn)生不同放電模式的物理機(jī)制.

1 引 言

微束射頻容性放電[1]是指在微束管(內(nèi)徑1 cm 左右的介質(zhì)管)上套有兩個(gè)環(huán)狀電極, 在電極上施加射頻電壓, 其產(chǎn)生的射頻電場擊穿管內(nèi)的工作氣體, 并維持放電.由于微束射頻容性放電能夠產(chǎn)生含有許多化學(xué)活性基團(tuán)的等離子體, 因此人們嘗試用該放電進(jìn)行納米材料的合成.Mangolini 等[2]和Jurbergs 等[3]利用微束射頻放電在中/低氣壓下(186—1860 Pa)實(shí)現(xiàn)了將SiH4解離, 并合成測定峰值波長為789 nm 的納米硅晶體, 其量子產(chǎn)率為62% ± 11%.Kortshagen[4]和Gresback 等[5?7]通過微束等離子體在266 Pa 合成了平均直徑在4—50 nm 的Ge 晶體顆粒, 并通過調(diào)節(jié)功率實(shí)現(xiàn)對納米晶體顆粒生長尺寸的精準(zhǔn)調(diào)控.他們還分別利用CH4/SiCl4以及SiCl4/H2作為原料合成納米硅晶體.此外, Shen 等[8]用SiBr4合成納米硅.綜上所述, 在中低氣壓下采用微束射頻容性放電可以對化學(xué)活性氣體進(jìn)行解離, 產(chǎn)生高濃度的化學(xué)活性基團(tuán), 然后再聚合成納米晶體顆粒.

關(guān)于微束放電特性研究的報(bào)道更多集中在微波放電, 如Djermanova 等[9]在微波氬氣放電中觀察到了絲狀放電現(xiàn)象.Ogle 等[10]從氣體加熱和高能電子的角度研究了SF6的微波絲狀放電條件.Kabouzi 等[11]與Ogle 和Woolsey[12]發(fā)現(xiàn)了多種稀有氣體在大氣壓微波放電中存在絲狀放電現(xiàn)象,并研究了絲狀放電對解離SF6的影響.Maximov和Schlüter[13]通過粒子擴(kuò)散驅(qū)動的絲狀放電模型提出了絲狀放電在應(yīng)用上的幾種可能.陳兆權(quán)等[14,15]在氬氣微波大氣壓放電中, 通過在石英管內(nèi)增加銅電極增強(qiáng)局部電場, 從而產(chǎn)生更高效地等離子體射流.然而關(guān)于微束射頻容性放電特性的研究, 主要集中在大氣壓條件下開展研究工作[16?20],研究發(fā)現(xiàn)大氣壓微束射頻容性放電具有較高的電子密度和較低的氣體溫度且易出現(xiàn)條紋狀多層放電模式.

中低氣壓微束射頻容性放電是高品質(zhì)納米晶體顆粒的合成條件, 如工作氣壓過低, 放電產(chǎn)生的等離子體中分子大多被解離成原子或離子, 導(dǎo)致合成晶體過程的前驅(qū)物過少, 不利于形成納米晶體顆粒; 工作氣壓過高, 放電存在多通道絲狀放電模式,放電及其不穩(wěn)定, 也不利于納米晶體顆粒的合成.因此如何選擇合適的工作氣壓, 控制放電的穩(wěn)定性是生產(chǎn)出需求的納米晶體顆粒的關(guān)鍵, 所以本文將重點(diǎn)研究氣壓對微束射頻容性放電特性的影響.

2 實(shí)驗(yàn)裝置

所采用的微束射頻容性耦合放電裝置如圖1所示.該裝置由射頻放電系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、氣體流量控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成.其中真空系統(tǒng)是由機(jī)械泵和真空腔室構(gòu)成, 真空腔室分為放電腔室和擴(kuò)散腔室, 放電腔室是一個(gè)外徑為13 mm、內(nèi)徑為9 mm、長度為100 mm 的石英管; 擴(kuò)散腔室是由高度為200 mm、內(nèi)徑為100 mm 的不銹鋼制成,在擴(kuò)散腔室上開有若干法蘭窗口.在石英管外側(cè)套有兩個(gè)銅質(zhì)空心環(huán)狀電極(內(nèi)徑為13 mm、外徑為29 mm、厚度為8 mm), 兩個(gè)空心環(huán)狀電極的間隙是5 mm, 其中靠近擴(kuò)散腔室的電極為地電極,直接與大地相連; 遠(yuǎn)離擴(kuò)散腔室的電極為高壓電極, 其經(jīng)過匹配網(wǎng)絡(luò)與射頻功率源相連.射頻功率源的頻率為60 MHz、功率0—500 W 可調(diào).氣體流量控制系統(tǒng)主要由氣體存儲高壓鋼瓶、質(zhì)量流量計(jì)及閥門和管道組成, 工作氣體為99.999%的氬氣和氫氣.氣壓計(jì)采用了英?？档谋∧ひ?guī), 其安裝在擴(kuò)散腔室, 實(shí)時(shí)顯示腔室內(nèi)的氣壓.

工作時(shí), 將氣體充入石英管內(nèi), 并通過套在石英上的高壓電極上將射頻功率輸入到放電管中, 并使氣體擊穿放電, 從而產(chǎn)生等離子體.為了測量高壓電極上的電壓和流過高壓電極的電流, 在高壓電極上方并聯(lián)高壓探頭(泰克P6015 A)和串聯(lián)電流探頭(Pearson 6600).在石英管軸向方向的末端放置一臺單反相機(jī)(尼康7100)和在石英管放電區(qū)域的側(cè)面放置一臺ICCD(Andor), 用來拍攝放電后等離子體發(fā)光的徑向空間和軸向空間分布圖像.

3 結(jié)果與討論

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1.Schematic diagram of the experimental setup.

圖2 500 V 放電時(shí), 不同氣壓下氬氣等離子體的軸向分布圖Fig.2.Axial distributions of argon plasmas for different pressures at 500 V.

圖3 500 V 放電時(shí), 不同氣壓下氬氣等離子體的徑向分布圖Fig.3.Radial distributions of argon plasmas for different pressures at 500 V.

圖2 和圖3 給出的是500 V 純氬氣中微束射頻放電軸向分布和徑向分布的圖像.其中圖2 中每張圖片由ICCD 拍攝而成, ICCD 的累計(jì)曝光時(shí)長為50 μs, 增益為200; 圖3 中每張圖片是由單反相機(jī)拍攝, 設(shè)置的曝光時(shí)長均為1/90 s, 故圖2 和圖3 中每張圖片累計(jì)曝光的時(shí)間遠(yuǎn)大于射頻周期(16.7 ns),因此圖像顯示的結(jié)果是射頻周期時(shí)間平均下的等離子體空間分布形貌.圖2 中3.5 及4.5 cm 附近的暗區(qū)是由于電極不透明, 遮住了等離子體的光線.結(jié)果顯示, 在 1×103Pa 時(shí), 等離子體在軸向上充滿從高壓電極上游到地電極下游整個(gè)區(qū)域, 而且等離子體在徑向上彌散地分布在整個(gè)空間上, 此時(shí)放電處于典型的低氣壓輝光放電模式.隨著氣壓逐漸升高至 1.7×104Pa, 從軸向分布圖像觀察, 在高壓電極的上游, 發(fā)光圖像出現(xiàn)一個(gè)明顯地極大值點(diǎn),但等離子體依舊充滿從上游到地電極下游的整個(gè)區(qū)域, 而從徑向分布圖像上能夠發(fā)現(xiàn)等離子體已經(jīng)向軸心處收縮, 同時(shí)在中心亮區(qū)的兩翼出現(xiàn)了兩個(gè)次級發(fā)光亮點(diǎn): 其中一個(gè)較為明顯、另外一個(gè)幾乎與中心亮點(diǎn)重合在一起; 結(jié)合軸向分布圖像分析,這兩個(gè)發(fā)光亮點(diǎn)應(yīng)該是高壓電極上游等離子體收縮后出現(xiàn)了兩個(gè)絲狀放電通道; 即該條件下的等離子體先在高壓電極上游出現(xiàn)兩個(gè)絲狀的放電通道,然后高壓電極下游等離子體又匯聚在一起, 并收縮在軸心區(qū)域, 向下輸運(yùn); 此時(shí)放電處于輝光放電與絲狀雙通道放電模式轉(zhuǎn)換過程, 因此是輝光放電與絲狀放電共存模式.繼續(xù)增加氣壓至 4.3×104Pa,從軸向分布圖像上可以清晰地觀察到, 在高壓電極的上游和下游出現(xiàn)了明顯地兩個(gè)絲狀放電通道, 而且高壓電極和地電極之間的等離子體分布像一個(gè)水平的字母“Y”; 徑向分布圖像顯示, 中心亮區(qū)在收縮, 而兩翼的兩個(gè)次級發(fā)光亮點(diǎn)在增強(qiáng); 綜合軸向和徑向的分布可以得出: 等離子體從高壓電極上游先出現(xiàn)兩個(gè)絲狀放電通道, 然后在兩個(gè)電極之間又匯合成一個(gè)放電通道, 放電逐漸由絲狀放電主導(dǎo).進(jìn)一步增加氣壓至 4.35×104Pa, 軸向上等離子體在地電極上游都是多通道絲狀放電, 在地電極附件匯聚成一個(gè)通道; 徑向圖像顯示, 等離子體軸心亮區(qū)進(jìn)一步縮小, 而周邊出現(xiàn)了三個(gè)發(fā)光亮點(diǎn).這說明等離子體在高壓電極附近出現(xiàn)了3 個(gè)絲狀放電通道, 然后在地電極附近再匯聚成一個(gè)通道.進(jìn)一步持續(xù)增加氣壓的過程中, 會發(fā)現(xiàn)等離子體在軸向上逐漸收縮, 漸漸的只在兩個(gè)電極之間有等離子體, 在徑向上持續(xù)向軸心收縮, 同時(shí)3 個(gè)絲狀放電通道出現(xiàn)“游動”現(xiàn)象, 即3 個(gè)絲狀放電像旋轉(zhuǎn)的葉片一樣快速的旋轉(zhuǎn), 如圖3 中 6.5×104Pa圖像所示.再繼續(xù)增加氣壓到一定值時(shí), 500 V 產(chǎn)生的射頻電場不足以維持放電, 等離子體熄滅.

綜上所述微束射頻容性氬氣放電中, 隨著氣壓的增加等離子體會經(jīng)歷四個(gè)過程: 1)低氣壓條件下, 放電是輝光放電模式, 等離子體彌散在整個(gè)放電空間及其下游區(qū)域; 2)中等氣壓條件下, 等離子體在高壓電極附近形成多絲狀放電通道, 然后在下游重新匯合成一個(gè)放電通道, 此時(shí)放電是輝光和絲狀混合放電模式; 3)較高氣壓條件下, 等離子體收縮在兩個(gè)電極之間, 放電模式完全是多絲狀放電模式, 甚至等離子體處于不穩(wěn)定的狀態(tài)—放電通道旋轉(zhuǎn)“游動”; 4)高氣壓條件下, 射頻電場不足以維持放電, 等離子體熄滅.在這四個(gè)過程中, 產(chǎn)生模式轉(zhuǎn)換及放電圖像變化的物理機(jī)制是等離子體中電子加熱、趨膚效應(yīng)和氣體的熱傳導(dǎo)過程共同作用.在低氣壓下, 雖然氬氣的熱傳導(dǎo)系數(shù)較低[10],但是電子的平均自由程較長, 等離子體彌散在整個(gè)空間, 熱量不會聚集在某一區(qū)域.在氣壓達(dá)到一定值時(shí), 等離子體區(qū)受到電子加熱的作用與低熱傳導(dǎo)系數(shù)的限制, 熱量在放電通道上集聚, 即導(dǎo)致放電通道上中性氣體的溫度逐漸增加, 由于腔室內(nèi)壓力是恒定的, 根據(jù)氣體狀態(tài)方程可知, 中性氣體溫度越高的地方, 氣體數(shù)密度越低, 從而導(dǎo)致該區(qū)域電子自由程增加, 使得該區(qū)域的電離率增加和電子密度增加, 進(jìn)而導(dǎo)致放電通道繼續(xù)向軸心收縮.繼續(xù)增加氣壓時(shí), 放電通道上的電子密度會繼續(xù)增加,增長的電子密度會抑制射頻電場的穿透, 當(dāng)電子密度足夠高時(shí), 射頻電場不能穿透等離子體到達(dá)軸心, 即趨膚效應(yīng)顯著地存在.而且趨膚效應(yīng)導(dǎo)致電子密度的峰值偏離軸心, 由于高的電子密度和低的熱傳導(dǎo)系數(shù)又導(dǎo)致該放電通道上熱量進(jìn)一步集聚,該區(qū)域氣體溫度較其他區(qū)域更高, 氣體電離率亦隨之增加, 使得該區(qū)域產(chǎn)生更高的電子密度, 這種正增益的疊加導(dǎo)致形成雙通道或多通道絲狀放電.隨著氣壓進(jìn)一步的增加, 電子自由程越來越小, 導(dǎo)致電子從射頻電場獲得的能量有限, 氣體電離率下降, 等離子體出現(xiàn)抖動, 開始出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的絲狀放電通道.再增加氣壓, 射頻電場不足以維持等離子體,導(dǎo)致放電熄滅.

圖4 和圖5 給出的是500 V 下99%氬/1%氫混合氣體微束等離子體軸向分布和徑向分布的圖像.其中圖4 中每張圖片由ICCD 拍攝而成, ICCD的累計(jì)曝光時(shí)長為50 μs, 增益為200; 圖5 中每張圖片的曝光時(shí)長依次分別為1/350, 1/180, 1/90,1/60, 1/45, 1/45, 1/30 和1/30 s, 故圖4 和圖5 中每張圖片累計(jì)曝光的時(shí)間遠(yuǎn)大于射頻周期(16.7 ns),因此圖像顯示的結(jié)果是射頻周期時(shí)間平均下的等離子體空間分布形貌.結(jié)果顯示, 在氣壓為 5×102Pa時(shí), 等離子體在徑向和軸向上呈現(xiàn)彌散分布, 此時(shí)放電為等離子體全空間分布的輝光放電模式.隨著氣壓的增加( 2.5×103— 2×104Pa), 等離子體在徑向上逐漸向軸心收縮, 在軸向上逐漸向兩個(gè)電極之間收縮, 尤其在 2×104Pa 時(shí)等離子幾乎全部在兩個(gè)電極之間, 此時(shí)放電為收縮的輝光放電模式.隨著氣壓進(jìn)一步的增加, 等離子體在兩個(gè)電極之間的徑向分布上不再收縮在軸心處, 而是逐漸彌散開, 然后向石英管壁收縮.尤其是當(dāng)氣壓增加到5.3×104Pa 時(shí), 由于趨膚效應(yīng)射頻電場不能穿透局域在管壁附近的等離子體, 從而使得軸心處幾乎沒有等離子體存在, 即出現(xiàn)軸心“空洞”, 等離子體的徑向分布像一個(gè)“環(huán)狀”, 因此放電為“環(huán)狀”輝光放電模式.進(jìn)一步增加氣壓, 500 V 射頻電場不足以維持等離子體, 放電熄滅.與純氬氣放電相比較,隨著氣壓的增加混合氣體放電中不再出現(xiàn)多通道絲狀放電模式, 導(dǎo)致這個(gè)現(xiàn)象的主要原因是, 氫氣的熱傳導(dǎo)系數(shù)遠(yuǎn)大于氬氣的熱傳導(dǎo)系數(shù), 從而使得在高氣壓放電等離子體收縮時(shí), 熱量不再局部持續(xù)累積, 不再出現(xiàn)局部電離增強(qiáng)的通道, 從而不會產(chǎn)生絲狀放電通道.而隨著氣壓的增加, 電子密度增加, 趨膚效應(yīng)逐漸顯著, 導(dǎo)致射頻電場不能到達(dá)軸心處, 而較高氣壓使得電子自由程也較短, 從而石英管壁附近電子密度逐漸升高, 軸心處電子密度逐漸下降, 最終出現(xiàn)軸心“空洞”的“環(huán)狀”等離子體的徑向分布形貌.

圖4 500 V 放電時(shí), 不同氣壓下99%氬/1%氫混合氣體等離子體的軸向分布圖Fig.4.Axial distributions of argon/hydrogen (99%/1%)plasmas for different pressures at 500 V.

圖5 500 V 放電時(shí), 不同氣壓下99%氬/1%氫混合氣體等離子體的徑向分布圖Fig.5.Radial distributions of argon/hydrogen (99%/1%) plasmas for different pressures at 500 V.

圖6 和圖7 給出的是500 V 下純氫氣微束射頻放電等離子體軸向分布和徑向分布的圖像.其中圖6 中每張圖片每張圖片由ICCD 拍攝而成, ICCD的累計(jì)曝光時(shí)長為50 μs, 增益為200; 圖7 中每張圖片的曝光時(shí)長依次分別為1/750, 1/350, 1/250,1/180, 1/60, 1/45 和1/30 s, 故圖6 和圖7 中每張圖片累計(jì)曝光的時(shí)間遠(yuǎn)大于射頻周期(16.7 ns), 因此圖像顯示的結(jié)果是射頻周期時(shí)間平均下的等離子體空間分布形貌.結(jié)果顯示, 在低氣壓時(shí), 等離子體在軸向和徑向上呈現(xiàn)彌散分布, 此時(shí)放電是輝光放電模式; 隨著氣壓的增加, 等離子體在軸向上逐漸收縮到兩個(gè)電極之間.當(dāng)氣壓達(dá)到 9.5×102Pa時(shí), 等離子體在徑向上收縮到石英管壁處, 中心形成“空洞”; 而且隨著氣壓進(jìn)一步增加, 中心“空洞”越來越明顯, 即放電轉(zhuǎn)換到“環(huán)狀”放電模式.和混合氣體放電一樣, “環(huán)狀”放電模式的出現(xiàn)主要是由射頻電場的趨膚效應(yīng)和氫氣的高熱傳導(dǎo)率所致.

圖6 500 V 放電時(shí), 不同氣壓下氫氣等離子體的軸向分布圖Fig.6.Axial distributions of hydrogen plasmas for different pressures at 500 V.

圖8 —圖10 給出了這三種氣體放電下, 流過高壓電極的射頻電流隨氣壓的變化曲線.其中圖8是不同電壓下, 氬氣放電中射頻電流隨氣壓的變化曲線.結(jié)果顯示, 在等離子體軸向上未完全收縮到兩個(gè)電極間之前, 射頻電流隨著氣壓的增加是緩慢下降的.這主要是由于氣壓的增加, 電子的碰撞頻率增加,導(dǎo)致等離子體的電抗增加, 從而降低了射頻電流.而當(dāng)?shù)入x子體收縮到兩個(gè)電極之間的同時(shí), 射頻電流出現(xiàn)一個(gè)“臺階式”的跳躍下降.這主要是因?yàn)樵诘入x子體在充滿兩個(gè)電極之間以及地電極和擴(kuò)散腔室之間時(shí), 放電是一個(gè)三電極結(jié)構(gòu), 即高壓電極與地電極之間是一個(gè)回路; 高壓電極與擴(kuò)散腔室(第二個(gè)地電極)之間是第二個(gè)回路.因此當(dāng)高壓電極與擴(kuò)散腔室之間的等離子體消失時(shí), 射頻電流少了一個(gè)回路, 從而導(dǎo)致射頻電流跳躍下降.

圖7 500 V 放電時(shí), 不同氣壓下氫氣等離子體的徑向分布圖Fig.7.Radial distributions of hydrogen plasmas for different pressures at 500 V.

圖8 不同電壓下, 氬氣放電中射頻電流(峰峰值)隨著氣壓的變化曲線 (a) 1 ×103 Pa 輝光放電; (b) 出現(xiàn)雙通道絲狀放電的臨界點(diǎn); (c) 出現(xiàn)三通道絲狀放電的臨界點(diǎn); (d) 等離子體收縮在兩個(gè)電極之間的臨界點(diǎn)Fig.8.Evolution of radio-frequency current (peak-to-peak)with pressure in argon discharges for different voltages: (a) The glow discharge at 1 ×103 Pa; (b) the occurrence of doublechannel filament discharge; (c) the occurrence of threechannel filament discharge; (d) the plasma contraction between two electrodes.

圖9 不同電壓下, 99%氬/1%氫混合氣體放電射頻電流(峰峰值)隨著氣壓的變化曲線 (a) 5 ×102 Pa 輝光放電;(b) 等離子體收縮在兩個(gè)電極間的臨界點(diǎn); (c) 等離子體熄滅前Fig.9.Evolution of radio-frequency current (peak-to-peak)with pressure in argon/hydrogen (99%/1%) discharges for different voltages: (a) The glow discharge at 5 ×102 Pa;(b) the plasma contraction between two electrodes; (c) the plasma extinction.

圖10 不同電壓下, 氫氣等離子體射頻電流(峰峰值)隨著氣壓的變化曲線 (a) 1 ×102 Pa 輝光放電; (b) 等離子體收縮在兩個(gè)電極間的臨界點(diǎn); (c) 等離子體熄滅前Fig.10.Evolution of radio-frequency current (peak-to-peak)with pressure in hydrogen discharges for different voltages:(a) The glow discharge at 1 ×102 Pa; (b) the plasma contraction between two electrodes; (c) the plasma extinction.

圖9 為不同電壓下, 99%氬/1%氫混合氣體放電射頻電流隨氣壓的變化曲線.結(jié)果顯示, 射頻電流隨著氣壓的增加先迅速下降, 在等離子體收縮到兩個(gè)電極之間后再緩慢下降; 尤其是在等離子體收縮到兩個(gè)電極之間時(shí), 射頻電流出現(xiàn)了明顯的“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”, 這是因?yàn)樵诘入x子體未完全收縮到兩個(gè)電極間之前, 放電依舊是三電極結(jié)構(gòu).圖10 為不同電壓下, 氫氣放電中射頻電流隨氣壓的變化曲線.結(jié)果顯示, 隨著氣壓的增加, 射頻電流先較為迅速的下降, 然后是緩慢下降.出現(xiàn)中間的轉(zhuǎn)折點(diǎn)與混合氣體放電原因一致.對比三種氣體情況, 射頻電流在氬氣放電中最高, 在氫氣放電中最低, 這是因?yàn)闅鍤夥烹娭袣逶与婋x碰撞截面大, 電離率更高, 即電子密度更高.

4 結(jié) 論

本文研究了氣壓對氬氣、氫氣和氬/氫混合氣體微束射頻容性放電的模式調(diào)制.結(jié)果表明: 1)在氬氣放電中, 低氣壓下等離子體充滿整個(gè)微束放電管, 此時(shí)放電是輝光放電模式; 隨著氣壓的增加,等離子體逐漸收縮, 發(fā)光區(qū)域逐漸變短、變細(xì); 繼續(xù)增加氣壓, 等離子體在高壓電極附近會收縮成兩個(gè)絲狀放電通道, 然后向地電極輸運(yùn)時(shí)再匯聚成一個(gè)放電通道, 此時(shí)放電是輝光放電與絲狀放電的混合模式; 進(jìn)一步增加氣壓, 等離子體逐漸收縮到兩個(gè)電極之間, 并且出現(xiàn)明顯的兩個(gè)或者三個(gè)絲狀放電通道, 而且等離子體在微束管內(nèi)旋轉(zhuǎn)游動, 此時(shí)放電是多通道絲狀放電模式; 2)在氬/氫混合氣體放電中, 低氣壓是全空間分布的輝光放電模式, 到中等氣壓向軸心收縮的輝光放電模式, 最后到高氣壓的“環(huán)狀”輝光放電模式; 3)在氫氣放電中, 低氣壓是全空間分布的輝光放電模式, 高氣壓是“環(huán)狀”輝光放電模式.放電模式的轉(zhuǎn)換是由電子加熱、趨膚效應(yīng)和氣體的熱傳導(dǎo)過程共同導(dǎo)致的; 尤其是氫氣的熱傳導(dǎo)系數(shù)遠(yuǎn)高于氬氣的熱傳導(dǎo)系數(shù), 從而使得在高氣壓氬氣放電中的多通道絲狀放電模式不在混合氣體和氫氣放電中出現(xiàn).