郎穆尔探针低温低压等离子体诊断

　　基于OrbitalMotionLimit(OML)离子收集理论，建立了等离子体参数与朗缪尔探针电流、电压之间的函数关系。将MATLAB作为编程工具，编制计算程序，采用多重滤波方法消除朗缪尔探针对等离子体产生的干扰。分析不同滤波方法对探针电流、电子电流、电子电流的一阶和二阶微分等朗缪尔探针诊断数据滤波的影响，与自行设计的数字实验结果进行对比，选择最优滤波方法，以提高朗缪尔探针的诊断精度。

　　等离子体包含电子、离子及中性粒子，电子带电总量与离子带电总量基本相等，对外表现为宏观的准电中性，等离子体内部，粒子之间存在相互作用，具有导电的特性，对电场及磁场有较强的响应特性。等离子体内部粒子非常活跃，适合于进行能量转换并参与化学反应。

　　低温等离子体技术是刻蚀、物理气相沉积、化学气相沉积制备薄膜工艺中的基本环境。由于放电方式、气体种类、压强、功率不同，等离子体的粒子种类、密度及能量(温度)、电位不同，随时间、空间变化的等离子体的微观参数，如电子、离子的能量、密度等是研究等离子体特性的基础，影响到薄膜的附着力、薄膜均匀性等。

　　Langmuir探针具有结构简单、可宽范围测定等离子体参数等优点，是等离子体测定的重要方法，得到研究者的普遍重视。Langmuir探针作为接触式诊断方法在诊断等离子体时会对等离子体产生干扰，需要对检测数据进行降噪处理，当探针电位Vp处于悬浮电位与等离子体空间电位之间时，探针收集到的电流Ip是电子电流Ie与离子电流Ii的总和，要将电子电流与离子电流从探针电流中分离开来，需采用离子收集理论，以获得准确的测量结果。本文基于OrbitalMotionLimit(OML)离子收集理论确定探针电压、电流与等离子体状态参数的函数关系，应用自编Matlab程序对探针检测数据进行多重滤波处理，得到的结果与实验进行比较，期望提高探针的检测精度。

　　结论

　　(1)以OML离子收集理论为核心，建立了等离子体参数：电子能量分布函数、电子平均能量、电子平均速度、电子温度、电子密度与朗缪尔探针电流、电压之间的函数关系，可作为Langmuir探针对等离子体诊断的理论基础。

　　(2)基于METLAB，编制了多重滤波程序。不同滤波方法对大量数据的处理结果表明：采用多种滤波方法相互搭配使用能够获得较好的滤波效果。

　　(3)针对4096个数据长度的Langmuir探针原始电流数据，采用6阶数据窗口长度为391的Savitzky-Golay滤波进行整体滤波，采用窗口长度为1701的滑动窗式中值滤波、窗口长度为131的防脉冲干扰平均值滤波进行后续数据处理，可以得到平滑的IV滤波曲线，与理想I-V曲线数据之间均方差为0.0169，相关系数为0.9994。