Plasma-Surface Interactions Within Helicon Plasma Sources

Abstract

Abstract. Helicon plasma sources do not require electrodes or grids directly immersed in the plasma, and also present an axial magnetic field confining the plasma discharge. These factors are believed to provide them with long operational lifetimes because of the reduced potential for surface etching. The physics of helicon waves, cylindrical magnetized plasmas, sheaths, and plasma-surface interactions are discussed in the context of this claim. Practical implementation aspects are also reviewed, along with relevant experimental results. It is shown that understanding the distribution of ion density within the source, the presence of induced potentials in its surfaces, and the physics of low-energy sputtering reactions is essential to properly model erosion phenomena within helicons, and consequently predict their performance in practical applications.

Resumen. Las fuentes de plasma Helicon no requieren electrodos o rejillas directamente sumergidas en el plasma, y ​​además presentan un campo magnético axial que confina la descarga de plasma. Se cree que estos factores les proporcionan una larga vida útil debido al potencial reducido de ataque superficial. En el contexto de esta afirmación se analiza la física de las ondas de helicón, los plasmas cilíndricos magnetizados, las vainas y las interacciones plasma-superficie. También se revisan aspectos prácticos de implementación, junto con resultados experimentales relevantes. Se demuestra que comprender la distribución de la densidad de iones dentro de la fuente, la presencia de potenciales inducidos en sus superficies y la física de las reacciones de pulverización catódica de baja energía es esencial para modelar adecuadamente los fenómenos de erosión dentro de los helicones y, en consecuencia, predecir su desempeño en aplicaciones prácticas.