ABSTRACT
Negative Ions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 6.2 Microwave Interferometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
6.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 6.2.2 Basic Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 6.2.3 Experimental Arrangements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
6.2.3.1 Mach-Zehnder Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 6.2.3.2 Heterodyne Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
6.2.4 Experimental Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 6.2.4.1 Probing Frequency and Frequency Stability . . . . . . . . . . . . . 202 6.2.4.2 Path Length Variations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 6.2.4.3 Steady State Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 6.2.4.4 Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
6.2.5 Wave Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 6.2.6 Final Remarks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
6.3 Emission and Absorption Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 6.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 6.3.2 Instrumental Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 6.3.3 Emission Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
6.3.3.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 6.3.3.2 Concentration Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 6.3.3.3 Temperature Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 6.3.3.4 Degree of Dissociation of Hydrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
6.3.4 Absorption Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 6.3.4.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 6.3.4.2 Infrared Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
6.3.5 Summary and Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 6.4 Laser Induced Fluorescence Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
6.4.1 Principles of Laser-Induced Fluorescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 6.4.2 Instrumentation and Experimental Techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 6.4.3 Further Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
6.5 Mass Spectrometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 6.5.1 Mass Spectrometer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
6.5.1.1 Ion Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 6.5.1.2 Energy Analyzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 6.5.1.3 Mass Analyzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 6.5.1.4 Ion Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 6.5.1.5 Coupling of the Mass Spectrometer with the
Plasma Source. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 6.5.2 Ion Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
6.5.2.1 Sampling Orifice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 6.5.2.2 Transfer Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 6.5.2.3 Coupling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 6.5.2.4 Gas Pressure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 6.5.2.5 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 6.5.2.6 Deduction of Data for Plasma Parameters . . . . . . . . . . . . . . . 238 6.5.2.7 Determination of Ion Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 6.5.2.8 Examples for Mass Spectrometric Measurements
in Chemically Active Plasmas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 6.5.2.9 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
6.5.3 Neutral Plasma Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 6.5.3.1 Coupling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 6.5.3.2 Electron Attachment Mass Spectrometry . . . . . . . . . . . . . . . . 242 6.5.3.3 Mass Spectrometric Investigation of Radicals . . . . . . . . . . . 245 6.5.3.4 Threshold Ionization Mass Spectrometry. . . . . . . . . . . . . . . . 245 6.5.3.5 Ion Attachment Mass Spectrometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 6.5.3.6 Measuring Excess Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 6.5.3.7 Measuring of Volatile Metal-Compounds . . . . . . . . . . . . . . . 248 6.5.3.8 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
6.6 Gas Chromatography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 6.6.1 Gas Chromatographic Separation of Stable Compounds . . . . . . . . . . 249
6.6.1.1 Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 6.6.1.2 GC Equipment and Main Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 6.6.1.3 Basic Equation of Gas Chromatography. . . . . . . . . . . . . . . . . 252
6.6.2 Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
According to the broad spectrum of plasma components different tasks exist for the investigation of the plasma to understand the plasma processes and to control plasma chemical reactions characteristic for the various applications. Table 6.1 presents a summary of the plasma components, the experimental methods, and specific results.
