Χαρακτηριστικά εκκένωσης λάμψης λαμπτήρων excimer 172nm&222nm
Κεφάλαιο 3 Βασικές αρχές της Φυσικής του Πλάσματος
3.5.1 Χαρακτηριστικά της εκκένωσης λάμψης
Η εκκένωση λάμψης είναι μια παλαιότερη μορφή εκκένωσης και χρησιμεύει ως βάση για διάφορους τύπους εκκενώσεων.
1. Ανάφλεξη εκκένωσης λάμψης
Σε ένα δοχείο κενού με ηλεκτρικό πεδίο μόνο καθόδου και ανόδου, όταν ο βαθμός κενού είναι κάτω από 1 Pa, μετά τη σύνδεση της παροχής συνεχούς ρεύματος, το αέριο ιονίζεται και εμφανίζεται εκκένωση πυράκτωσης στο τεμάχιο εργασίας, με την επιφάνεια του τεμαχίου να περιβάλλεται από ένα στρώμα πυράκτωσης. Η πυκνότητα ρεύματος εκκένωσης πυράκτωσης είναι της τάξης των mA/cm², με τάση που κυμαίνεται από 400 έως 5000 V, καθιστώντας τη μορφή εκφόρτισης υψηλής-τάσης, χαμηλής{5}}ρεύματος-πυκνότητας. Κατά την εκκένωση λάμψης, εμφανίζονται φαινόμενα φωταύγειας διέγερσης και φωταύγειας ανασυνδυασμού και το χρώμα του φωτός ποικίλλει ανάλογα με το αέριο. Σε ορισμένες ειδικές εφαρμογές, όπως πηγές υπεριώδους φωτός υπό κενό, παρόμοιες αρχές εκκένωσης λάμψης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία φωτός συγκεκριμένων μηκών κύματος, για παράδειγμα, λαμπτήρες excimer 172 nm ή λαμπτήρες UV 222 nm, που χρησιμοποιούν διέγερση εκκένωσης αερίου για την παραγωγή ακτινοβολίας διεγέρτη.

2. Περιοχή πτώσης καθόδου
(1) Κατανομή δυναμικού μπροστά από την Κάθοδο
Στο δοχείο κενού, πριν από την εκφόρτιση, η κατανομή δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων είναι γραμμική, όπως φαίνεται από το OA₀ στο Σχήμα 3-9 [10]. Μετά την εκφόρτιση, η θετική πυκνότητα ιόντων και η πυκνότητα ηλεκτρονίων στο χώρο είναι παρόμοια. Λόγω της μικρής μάζας και της υψηλής ταχύτητας των ηλεκτρονίων, κινούνται προς την άνοδο με υψηλό ρυθμό. Αντίθετα, τα θετικά ιόντα έχουν μεγάλη μάζα και κινούνται προς την κάθοδο με χαμηλό ρυθμό, συσσωρεύοντας κοντά στην κάθοδο. Αυτό το θετικό φαινόμενο φορτίου χώρου παραμορφώνει το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των ηλεκτροδίων, που ισοδυναμεί με τη μετακίνηση της ανόδου Α προς την κάθοδο C, σχηματίζοντας μια ισοδύναμη άνοδο. Η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων κατανέμεται κυρίως μεταξύ της καθόδου και της ισοδύναμης ανόδου, γνωστής ως πτώση καθόδου, όπως φαίνεται από το OA2 στο Σχήμα 3-9. Η απόσταση από την ισοδύναμη άνοδο στην κάθοδο συμβολίζεται ως d2, που ονομάζεται επίσης πλάτος περιοχής πτώσης καθόδου [8].
Η ισοδύναμη άνοδος είναι σαν να μετακινεί την άνοδο προς την κάθοδο, να συντομεύει την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων σε d2 και να αλλάζει την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου E. Πριν από την ανάφλεξη με αέριο, η ένταση πεδίου E=U_d / d. Κάτω από τη δράση του U_d, τα ηλεκτρόνια αποκτούν αρκετή ενέργεια για να αναφλέξουν το αέριο, εισερχόμενοι στο στάδιο αυτο-συντηρούμενης εκφόρτισης. Κατά την ανάπτυξη της εκκένωσης, λόγω της συσσώρευσης θετικών ιόντων, η ισοδύναμη άνοδος πλησιάζει σταδιακά την κάθοδο C, που σημαίνει ότι η άνοδος μετακινείται αποτελεσματικά από τη θέση Α στην Α1 και μετά στην Α2. Η συντόμευση της απόστασης μεταξύ καθόδου και ανόδου αυξάνει την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, E2=U_d / d2. Όταν η διαστημική πίεση p παραμένει αμετάβλητη, η μέση ελεύθερη διαδρομή του ηλεκτρονίου λ_e είναι σταθερή, άρα η ενέργεια του ηλεκτρονίου eE2 λ_e ≫ eE λ_e. Η αρχική ενέργεια ηλεκτρονίων eE λ_e είναι αρκετή για να ιονίσει το αέριο και η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων U_d μπορεί ακόμα να διατηρήσει τη διαδικασία εκφόρτισης. Επομένως, μόλις το αέριο αναφλεγεί, η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων μειώνεται αυτόματα κατά μήκος της καμπύλης Paschen στο U_min, οπότε η απόσταση μεταξύ της ισοδύναμης ανόδου και της καθόδου είναι d_e και η εκκένωση εισέρχεται στη σταθερή περιοχή εκφόρτισης κανονικής λάμψης. Η απόσταση από το στρώμα συσσώρευσης θετικών ιόντων μέχρι την κάθοδο είναι d_e. d_e είναι το d2 που αναφέρθηκε προηγουμένως, που σημαίνει ότι ένα στρώμα θετικού ιόντος θήκης σχηματίζεται σε πολύ μικρή απόσταση d_e από την κάθοδο. Η πτώση δυναμικού μεταξύ καθόδου και ανόδου κατανέμεται κυρίως εντός της περιοχής d_e, με αποτέλεσμα μια απότομη πτώση τάσης και υψηλή ένταση ηλεκτρικού πεδίου. Τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα επιταχύνονται σε αυτό το στενό διάστημα d_e. Τα θετικά ιόντα επιταχύνουν και βομβαρδίζουν την κάθοδο, διεγείροντας δευτερεύοντα ηλεκτρόνια από αυτήν. Τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται προς την άνοδο, συγκρούονται ανελαστικά με ουδέτερα άτομα αερίου στο διάστημα d_e, παράγοντας τελικά ένα ηλεκτρόνιο για να ικανοποιήσει την κατάσταση εκφόρτισης που διατηρείται{35} και να διατηρήσει την εκκένωση αερίου.
(2) Πλάτος Περιοχής Πτώσης Καθόδου
Κατά την εκφόρτιση πυράκτωσης, η τάση μεταξύ-ηλεκτροδίων πέφτει κυρίως στην περιοχή πτώσης της καθόδου. Το πλάτος της πτώσης της καθόδου εξαρτάται από την τάση, τη σύνθεση αερίου και το υλικό της καθόδου. Η περιοχή πτώσης καθόδου έχει ορισμένα χαρακτηριστικά: υπό αμετάβλητες άλλες συνθήκες εκφόρτισης, η αλλαγή μόνο της πίεσης του αερίου p διατηρεί την πτώση της καθόδου U_c σταθερή. Το πλάτος d_e της περιοχής πτώσης της καθόδου είναι αντιστρόφως ανάλογο του p, μειώνεται καθώς μειώνεται ο βαθμός κενού (αυξάνεται το p). Όταν το γινόμενο pd_e είναι σταθερό, το U_c παραμένει αμετάβλητο. όταν d=d_e, δεν υπάρχουν άλλες περιοχές εκτός από την περιοχή πτώσης της καθόδου, αλλά μπορεί να υπάρξει εκφόρτιση. όταν δ<< d_e, discharge extinguishes immediately; if only the inter-electrode distance d is changed, whether moving the cathode toward the anode or the anode toward the cathode, the cathode fall region width d_e remains constant, with only other intervals shortening accordingly. This principle is commonly used for gap shielding of the cathode, with typical gap width of 1~3 mm and gap depth of 8~15 mm.
3.5.2 Εκφόρτιση κανονικής λάμψης και εκκένωση μη φυσιολογικής λάμψης
1. Σύγκριση χαρακτηριστικών μεταξύ της κανονικής εκκένωσης λάμψης και της μη φυσιολογικής εκκένωσης λάμψης
Στην ανάλυση των χαρακτηριστικών καμπυλών βολτ-αμπέρ, εισήχθησαν οι διαφορές μεταξύ της κανονικής εκφόρτισης και της μη φυσιολογικής εκφόρτισης λάμψης. Η χαρακτηριστική τους σύγκριση φαίνεται στον Πίνακα 3-5 [10].
| Χαρακτηριστικός | Κανονική εκκένωση λάμψης | Μη φυσιολογική εκκένωση λάμψης |
|---|---|---|
| Μέγεθος πτώσης καθόδου | Ανεξάρτητο από ρεύμα και πίεση αερίου | Ανάλογη με την τρέχουσα? μειώνεται με την αύξηση της πίεσης του αερίου |
| Πλάτος περιοχής πτώσης καθόδου | Ανεξάρτητο από το ρεύμα. μειώνεται με την αύξηση της πίεσης του αερίου | Μειώνεται με την αύξηση του ρεύματος. μειώνεται με την αύξηση της πίεσης του αερίου |
| Πυκνότητα ρεύματος | Ανεξάρτητο από τάση | Αυξάνεται με την τάση |
| Περιοχή κάλυψης λάμψης καθόδου | Αυξάνεται με την πίεση του αερίου. ανάλογο του ρεύματος | Ολόκληρη η κάθοδος καλυμμένη με λάμψη |
2. Τάση ανάφλεξης κανονικής εκκένωσης πυράκτωσης
Η τάση ανάφλεξης (βλάβης) για κανονική εκφόρτιση πυράκτωσης είναι η ελάχιστη τάση ανάφλεξης U_min. Εάν το γινόμενο της απόστασης d μεταξύ καθόδου και ανόδου και της πίεσης του αερίου p αντιστοιχεί ακριβώς στο ελάχιστο σημείο pd_e στην καμπύλη Paschen, η τάση ανάφλεξης εκκένωσης αερίου είναι U_min. Για κάθοδο σιδήρου με αργό, άζωτο, οξυγόνο ή υδρογόνο, το U_min είναι μόνο 100~343 V. Ο Πίνακας 3-6 παραθέτει την κάθοδο για κανονική εκκένωση λάμψης με πολλά υλικά και αέρια καθόδου [2,3,10]. Κατά την αρχική ανάφλεξη, η λάμψη αρχίζει σε μια μικρή περιοχή της επιφάνειας της καθόδου. Καθώς αυξάνεται η ισχύς, η περιοχή λάμψης στην επιφάνεια της καθόδου σταδιακά επεκτείνεται μέχρι να καλύψει ολόκληρη την κάθοδο. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαστολής κατά μήκος της καθόδου, η τάση παραμένει σταθερή και το ρεύμα καθόδου αυξάνεται με την περιοχή πυράκτωσης. Από τον Πίνακα 3-6, για διάφορα υλικά καθόδου, το κανονικό δυναμικό εκκένωσης πυράκτωσης με αργό είναι κάτω από 165 V. Για κάθοδο σιδήρου, με διατομικά αέρια, είναι κάτω από 343 V.
Γενικά, η απόσταση d μεταξύ καθόδου και ανόδου είναι σταθερή και είναι δύσκολο να ρυθμιστεί η πίεση χώρου εκφόρτισης p στο ελάχιστο σημείο της καμπύλης Paschen, επομένως η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων πρέπει να αυξηθεί για να παράγει εκκένωση λάμψης. Είτε η πίεση του θαλάμου κενού είναι υψηλότερη είτε χαμηλότερη από αυτό το εύρος, η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων πρέπει να αυξηθεί στο σημείο Β για μετάβαση από την περιοχή εκφόρτισης Townsend Ⅱ, μέσω της περιοχής εκφόρτισης κορώνας Ⅲ και της περιοχής εκκένωσης πρώιμης κανονικής λάμψης Ⅳ, σε σταθερή περιοχή εκφόρτισης κανονικής λάμψης Ⅴ. Η τάση εκφόρτισης πέφτει απότομα στο σημείο Ε, όπου η τάση είναι U_min. Στο διάστημα EF, η λάμψη καλύπτει σταδιακά ολόκληρη την περιοχή της καθόδου, η τάση παραμένει σταθερή, το ρεύμα αυξάνεται σταδιακά, εμφανίζοντας χαρακτηριστικά κανονικής εκφόρτισης λάμψης.
Εάν η πίεση του θαλάμου κενού p παραμένει σταθερή και η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων είναι πολύ μεγάλη ή μικρότερη από το ελάχιστο d στην καμπύλη Paschen, απαιτείται υψηλότερη τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων για την εκφόρτιση πυράκτωσης ή η προσαρμογή της απόστασης ηλεκτροδίου μπορεί να επιτύχει ανάφλεξη σε χαμηλότερη τάση κοντά στο U_min.
Κατά την ανάφλεξη σε τάση μεγαλύτερη από U_min, η εξωτερική τροφοδοσία παρέχει περισσότερη ενέργεια από την ανάφλεξη U_min. Εάν το πραγματικό pd απέχει πολύ από το pd_e, η εφαρμοζόμενη τάση είναι υψηλότερη, μερικές φορές πάνω από 1000 V, με το σημείο λειτουργίας στον αριστερό ή δεξιό κλάδο της καμπύλης Paschen. Λόγω της υψηλής ενέργειας που παρέχεται στην κάθοδο, μόλις αναφλεγεί η εκκένωση αερίου, η επιφάνεια της καθόδου καλύπτει αμέσως με λάμψη, εισχωρώντας στην περιοχή εκκένωσης ανώμαλης λάμψης, χωρίς να παρατηρείται σταδιακή διαστολή λάμψης στην κάθοδο.
3. Μη φυσιολογική εκκένωση λάμψης
Αφού η επιφάνεια της καθόδου καλυφθεί πλήρως με λάμψη, το ρεύμα εκφόρτισης αυξάνεται με την αύξηση της τάσης μεταξύ-ηλεκτροδίων. Καθώς το ρεύμα πυράκτωσης αυξάνεται, η φωτεινότητα της επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας εντείνεται. Μόλις σταθεροποιηθεί η τάση και η πίεση, η μη φυσιολογική εκκένωση πυράκτωσης προχωρά σταθερά. Οι περισσότερες εκκενώσεις σε επιμετάλλωση ιόντων εκκένωσης λάμψης, διασκορπισμός μαγνητρονίου,-ενισχυμένη εναπόθεση χημικών ατμών στο πλάσμα και νιτροποίηση ιόντων εκκένωσης λάμψης λειτουργούν στην περιοχή μη φυσιολογικής εκκένωσης λάμψης. Αυτές οι μορφές εκκένωσης μοιράζονται ομοιότητες με τους μηχανισμούς διέγερσης ορισμένων πηγών υπεριώδους, όπως οι λαμπτήρες UV 222 nm, οι οποίοι επίσης βασίζονται στην εκκένωση αερίου για την παραγωγή ακτινοβολίας συγκεκριμένου μήκους κύματος.
3.5.3 Κατανομή διαφόρων χαρακτηριστικών μεταξύ ηλεκτροδίων σε εκκένωση λάμψης
1. Ανομοιόμορφη ένταση φωτός μεταξύ ηλεκτροδίων με εναλλασσόμενα φωτεινά και σκοτεινά στρώματα [3-12]
Αφού η εκκένωση αερίου εισέλθει στο στάδιο εκφόρτισης πυράκτωσης, η κατανομή της έντασης λάμψης από την κάθοδο στην άνοδο είναι άνιση και οι κατανομές του φορτίου μεταξύ-ηλεκτροδίων, του δυναμικού, της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου κ.λπ., είναι επίσης ανομοιόμορφες. Το σχήμα 3-10 δείχνει τη χαρακτηριστική κατανομή μεταξύ ηλεκτροδίων στην εκκένωση λάμψης [10]. Αυτό το σχήμα δείχνει ξεκάθαρα τα μοτίβα κατανομής της έντασης λάμψης (ένταση φωτός), δυναμικό, ένταση ηλεκτρικού πεδίου, θετικό φορτίο, αρνητικό φορτίο, καθαρό φορτίο, πυκνότητα ρεύματος και θερμοκρασία αερίου κατά την εκκένωση λάμψης.
2. Λόγοι Διαμόρφωσης Κάθε Περιφέρειας
Το διάστημα από την κάθοδο στην άνοδο χωρίζεται σε σκοτεινό χώρο Aston, περιοχή λάμψης καθόδου, σκοτεινό χώρο καθόδου, περιοχή αρνητικής λάμψης, σκοτεινό χώρο Faraday, περιοχή θετικής στήλης, σκοτεινό χώρο ανόδου και περιοχή λάμψης ανόδου [10].
Το Σχήμα 3-11 είναι μια μεγεθυμένη όψη του επάνω μέρους του Σχήματος 3-10, που δείχνει ανομοιόμορφη ένταση φωτός με εναλλασσόμενα φωτεινά και σκοτεινά φωτεινά στρώματα μεταξύ των ηλεκτροδίων κατά την εκκένωση λάμψης.
Σκοτεινός χώρος Aston: Τα ιόντα διεγείρουν τα ηλεκτρόνια από την κάθοδο και καθώς τα ηλεκτρόνια κινούνται προς την άνοδο, επιταχύνονται στην περιοχή πτώσης της καθόδου, αλλά έχουν ανεπαρκή ενέργεια για τη φωταύγεια διέγερσης, σχηματίζοντας τον σκοτεινό χώρο του Aston.
Περιοχή λάμψης καθόδου: Όταν τα ηλεκτρόνια φτάνουν στην περιοχή λάμψης της καθόδου, έχουν αρκετή ενέργεια για να διεγείρουν το αέριο, παράγοντας φωταύγεια. Αυτή η αρχή της φωταύγειας διέγερσης είναι παρόμοια με ορισμένους λαμπτήρες διεγέρσεως, όπως οι λαμπτήρες διεγέρσεως 172 nm, οι οποίοι χρησιμοποιούν διέγερση εκκένωσης για την παραγωγή υπεριώδους φωτός κενού.
Σκοτεινός χώρος καθόδου: Τα περισσότερα ηλεκτρόνια που χάνουν ενέργεια κατά τη διέγερση γίνονται αργά ηλεκτρόνια με ενέργεια κάτω από την ενέργεια ιοντισμού. Αφού εισέλθουν στο σκοτεινό χώρο της καθόδου, φεύγουν γρήγορα υπό υψηλή ένταση πεδίου χωρίς συγκρούσεις, επομένως δεν υπάρχει φωταύγεια.
Αρνητική περιοχή λάμψης: Τα ηλεκτρόνια που επιταχύνονται στο σκοτεινό χώρο της καθόδου εισέρχονται στην περιοχή αρνητικής λάμψης με υψηλή ενέργεια, παράγοντας περισσότερο ιονισμό και διέγερση. Αυτή η περιοχή δημιουργεί άφθονη διέγερση και φωταύγεια ανασυνδυασμού, σχηματίζοντας πολύ ισχυρή λάμψη, καθιστώντας το φως της περιοχής αρνητικής λάμψης το ισχυρότερο. Το χρώμα λάμψης ποικίλλει ανάλογα με τη σύνθεση του αερίου εκκένωσης.
Σκοτεινός χώρος Faraday: Τα περισσότερα ηλεκτρόνια χάνουν ενέργεια στην περιοχή αρνητικής λάμψης, ανεπαρκής για σημαντικό ιονισμό ή διέγερση, σχηματίζοντας ένα σκοτεινό χώρο.
Θετική περιοχή στήλης: Η πυκνότητα των ηλεκτρονίων και η πυκνότητα των θετικών ιόντων είναι σχεδόν ίσες, που ονομάζεται επίσης περιοχή πλάσματος. Η πυκνότητα των φορτισμένων σωματιδίων είναι γενικά 10¹0 ~ 10¹² / cm3, αγώγοντας ρεύμα στην εκκένωση αερίου, καθιστώντας το πλάσμα ισχυρό αγωγό. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στη θετική στήλη είναι αρκετές τάξεις μεγέθους μικρότερη από την περιοχή της καθόδου.
Περιοχή ανόδου: Τα ηλεκτρόνια απορροφώνται από την άνοδο, τα ιόντα απωθούνται, σχηματίζοντας αρνητικό φορτίο χώρου κοντά στην άνοδο, αυξάνοντας απότομα το δυναμικό και δημιουργώντας δυναμικό ανόδου. Τα ηλεκτρόνια που επιταχύνονται στην περιοχή της ανόδου παράγουν διέγερση και ιονισμό κοντά στην άνοδο, σχηματίζοντας λάμψη ανόδου.
Στο δοχείο εκκένωσης, είναι ορατή η εναλλασσόμενη φωτεινή και σκοτεινή κατανομή των στρωμάτων λάμψης από την κάθοδο στην άνοδο. Το Σχήμα 3-12 δείχνει τη λάμψη γύρω από το τεμάχιο εργασίας κατά τη διάρκεια της ενάζωσης ιόντων εκκένωσης λάμψης συνεχούς ρεύματος, εμφανίζοντας σαφώς εναλλασσόμενα στρώματα.
3.5.4 Φαινόμενο κοίλης καθόδου στην εκκένωση λάμψης
1. Φαινόμενο επικάλυψης λάμψης με δύο παράλληλες καθόδους πλακών
Η προηγούμενη συζήτηση επικεντρώθηκε σε χαρακτηριστικά εκκένωσης μονής-καθόδου. Εάν δύο παράλληλες κάθοδοι πλακών τοποθετηθούν σε δοχείο κενού με το Α ως άνοδο, εμφανίζεται εκκένωση πυράκτωσης κατά την ενεργοποίηση. Το σχήμα 3-13 δείχνει τη διάταξη εκκένωσης καθόδου δύο παράλληλων πλακών [10].
Όταν πληρούνται οι συνθήκες ανάφλεξης αερίου, και οι δύο κάθοδοι παράγουν εκκένωση λάμψης, σχηματίζοντας αντίστοιχους σκοτεινούς χώρους καθόδου και περιοχές αρνητικής λάμψης κοντά τους. Όταν η απόσταση μεταξύ των δύο καθόδων ικανοποιεί d1 + d2 > 2d_e, και οι δύο έχουν σκοτεινά κενά και περιοχές αρνητικής λάμψης, που μοιράζονται σκοτεινά κενά Faraday και θετική στήλη. Όταν d1 + d2 < 2d_e, οι δύο περιοχές αρνητικής λάμψης επικαλύπτονται. Τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από το C1 επιταχύνονται στην περιοχή πτώσης της καθόδου του C1 και επιβραδύνονται όταν εισέρχονται στα C2, ταλαντώνονται μεταξύ των ηλεκτροδίων, αυξάνοντας την πιθανότητα σύγκρουσης με μόρια αερίου, προκαλώντας περισσότερη διέγερση και ιονισμό, αυξάνοντας την πυκνότητα ρεύματος και την αρνητική ένταση λάμψης. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φαινόμενο κοίλης καθόδου στην εκκένωση λάμψης [10].
Το σχήμα 3-14 δείχνει την κατανομή της έντασης φωτός μεταξύ δύο παράλληλων πλακών καθόδου [10]. Οι δύο διακεκομμένες γραμμές στο Σχήμα 3-14 αντιπροσωπεύουν τις εντάσεις λάμψης από κάθε κάθοδο. Μετά το φαινόμενο της κοίλης καθόδου, οι εντάσεις υπερτίθενται, με κατανομή ως καμπύλη M στο Σχήμα 3-14.
Εάν το μήκος της αρνητικής περιοχής λάμψης στο φαινόμενο της κοίλης καθόδου είναι d, η πτώση καθόδου είναι V_c, η πίεση είναι p, η λειτουργική τους σχέση είναι: pd=f(V_c)
Από αυτό, σε υψηλότερη πίεση p, απαιτείται μικρή απόσταση μεταξύ{0}}καθόδου για το φαινόμενο της κοίλης καθόδου. στο χαμηλότερο p, αρκεί μεγαλύτερη απόσταση. Έτσι, για σταθερή απόσταση μεταξύ των καθοδικών-, το εάν εμφανίζεται το φαινόμενο της κοίλης καθόδου εξαρτάται από την πίεση.
Εάν η κάθοδος είναι κοίλος σωλήνας, η εσωτερική διάμετρος ισοδυναμεί με την απόσταση μεταξύ των παράλληλων πλακών, παράγοντας κοίλη κάθοδος σε συγκεκριμένη πίεση, σχηματίζοντας ισχυρή αρνητική λάμψη στο κέντρο του σωλήνα.
2. Ένταση λάμψης μετά την εκφόρτιση με διαφορετικές αποστάσεις καθόδου
Κάτω από τον ίδιο θάλαμο κενού, τον ίδιο βαθμό κενού και την τάση καθόδου, η ένταση λάμψης ποικίλλει ανάλογα με το σχήμα της καθόδου και την απόσταση της πλάκας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3-15.