Explique e esquematize uma fonte de plasma indutivamente acoplado (ICP).
Passo 1
O enunciado pede para explicar o que é uma fonte de plasma indutivamente acoplado (ICP) e também apresentar um esquema (desenho) dessa configuração. O conteúdo envolve física de plasmas, acoplamento indutivo de radiofrequência e componentes típicos de uma fonte ICP.
Passo 2
Princípio de funcionamento: numa ICP usa-se um gerador de alta frequência (tipicamente
) conectado a uma bobina de cobre ao redor de um tubo de quartzo. O campo magnético alternado gerado pela bobina induz um campo elétrico no gás de processo, ionizando-o e mantendo o plasma.
Passo 3
Componentes principais:
- Gerador RF: fornece potência na faixa de
a W e frequência de MHz. - Circuito de casamento (matching network): adapta a impedância do gerador à carga (bobina
plasma). - Bobina indutiva de cobre (water-cooled): cria campo magnético variável.
- Tubo de quartzo ou cerâmica: confina o gás e o plasma.
- Sistema de alimentação de gás (por exemplo argônio) e bomba de vácuo para controlar pressão (~
– Pa). - Sistema de resfriamento da bobina (água).
Passo 4
Sequência de operação:
. A bomba reduz a pressão interna do tubo para a faixa desejada.
. O gerador RF é ligado; sua saída passa pelo matching network e alimenta a bobina.
. O campo magnético alternado penetra o gás, induz correntes de Foucault e gera elétrons livres.
. Colisões elétron-átomo ampliam a ionização, formando o plasma visível no interior do tubo.
. O plasma é mantido estável enquanto a RF estiver aplicada.
Passo 5
Vantagens e aplicações:
- Plasma de alta densidade (
– ) e baixa contaminação (tubo de quartzo). - Uso em espectrometria de emissão óptica, deposição de filmes finos (CVD), limpeza de superfícies e gravura de semicondutores.
- Permite controles precisos de densidade e temperatura do plasma ajustando potência e fluxo de gás.
Resposta
Esquema simplificado de uma fonte ICP:
\(+\)----------------\(+\)
| RF Generator |
| (\(13,56\) MHz) |
\(+\)----------------\(+\)
|
v
\(+\)----------------\(+\)
| Matching |
| Network |
\(+\)----------------\(+\)
|
v
\(+\)----------------------\(+\)
| Water-cooled Coil |
| (Bobina indutiva) |
\(+\)----------------------\(+\)
|
v
------------------------------
| Quartz Tube (descarga ICP) |
| \leftarrowAr Inlet |
| \toGas Exhaust \toPump |
------------------------------
| \leftarrowAr Inlet |
| \toGas Exhaust \toPump |
------------------------------
Legenda:
– RF Generator: fonte de alta frequência.
– Matching Network: ajuste de impedância.
– Coil: cria campo magnético variável.
– Quartz Tube: local onde se forma e sustenta o plasma.
– Pump: mantém baixa pressão.
– RF Generator: fonte de alta frequência.
– Matching Network: ajuste de impedância.
– Coil: cria campo magnético variável.
– Quartz Tube: local onde se forma e sustenta o plasma.
– Pump: mantém baixa pressão.