射频光等离子体中的参量分布研究

根据双流方程提出了描述平板电极，低压射频辉光等离子体中带电粒子输运过程的自洽数值模型。并进行了数值求解，求得了各等离子体参量的时空分布以及一些参量的时间平均值的空间分布。由这些分布可得出射频气体放电的物理图像。     

等离子体辅助电子枪蒸发制备A lN薄膜及等离子体参数诊断

采用射频TCP(Transverse coup led p lasm a)等离子体辅助电子枪蒸发技术首次在室温下制备了氮化铝薄膜,用傅立叶变换红外光谱仪分析了氮化铝薄膜红外光谱的特性.利用朗缪尔静电单探针诊断了射频TCP离子束辅助电子枪蒸发镀膜装置反应室内等离子体密度的空间分布规律,并分析了气压对等离子体分布的影响.离子源口等离子体密度较大,但分布不均匀;反应室内等离子体迅速扩散,密度变小,分布趋向于均匀.     

在感应电场下射频电流驱动与等离子体平衡

本文从漂移动力论准线性Ｆｏｋｋｅｒ一Ｐｌａｎｃｋ方程出发，推导出在感应电场存在下，射频波驱动等离子体电流由新经典电流ｊＮＣ、射频驱动电流ｊＲＦ、欧姆电流ｊｏｈ和附加电流ｊｌ组成，并给出了在高相速度极限下的解析式．在密度、温度分布给定下，若与波迹方程和波功率变化方程相结合，可以求出ｊｌｌＢ在极向通量表面上的平均值（ｊｌｌＢ），从而可以求解描述等离子体平衡的Ｇｒａｄ－Ｓｈａｆｒａｎｏｖ方程，获得自洽的通量以及等离子体的平衡参量．     

射频负偏压等离子体鞘层流体动力学模拟

采用流体动力学方法建立了一种自洽的无碰撞射频直流偏压等离子体鞘层动力学模型.模型中考虑了极板直流负偏压对离子运动的影响,模拟了在不同偏压条件下射频等离子体鞘层内各参量的时空演化特性.在该模型中,认为鞘层厚度是与时间有关的函数,并采用等效电路模型建立了鞘层瞬时厚度与鞘层电位降的关系.模拟结果表明,极板上电势呈非正弦周期性变化;鞘层厚度变化与极板电势变化周期相同,趋势相反,且略滞后于射频周期.     

射频离子推力器束流特性数值模拟

为了分析射频离子推力器束流特性,基于二维流体模型对自研的11 cm射频离子推力器开展放电室等离子体数值模拟,获得给定电气参数下离子密度、电子温度等关键参数的分布特性;研究了等离子体参数和束流大小与射频功率间的函数关系;以等离子体参数和栅极参数为输入,基于离子光学系统模型获得不同工况下的单孔离子引出轨迹.研究结果显示:离子密度和电子温度分别沿放电室径向逐渐减小和增大,有利于获得更好的束流均匀性及更大的束流;束流大小与射频功率呈线性正相关关系,有利于实现束流连续精确可调;屏栅上游鞘层的形成与离子密度、离子种类、栅极电压组合相关,综合考虑以上因素获得最佳束流聚焦和引出特性.     

射频感应耦合等离子体调谐基片自偏压特性的进一步研究

在已有的调谐基片自偏压研究的基础上,进一步研究了基片台空间轴向位置对基片自偏压-调谐电容曲线的影响;研究了基片分支串联电阻对基片自偏压的影响,发现了在电阻值区自偏压自振荡现象;在不同的放电参数下,采用自制诊断工具测量了射频感应耦合等离子体电子温度、电子密度等参量的空间分布.并对基片自偏压相应的实验现象给出了物理模型解释.     

表面波等离子体天线物理特性的理论分析

根据表面波驱动等离子体的方法,建立一种表面波等离子体天线实验系统装置.在该实验系统中,根据等离子体天线的典型实验参数条件,从理论上对该表面波等离子体天线的特性进行了分析,包括:等离子体的电子温度、等离子体密度及其沿等离子体柱的分布情况、等离子体噪声及其对天线噪声的影响,以及等离子体天线的实际长度和导电率与表面波驱动的射频功率的关系.分析结果表明,等离子体圆柱的长度因射频功率的方根增加而增长,而沿圆柱的导电率呈线性关系.     

平行圆板型PCVD质量转换过程动力学研究

本文对平行圆板型装置中等离子体化学汽相沉积(PCVD)质量转换过程,提出了一种数学描述方法.文中通过数值计算,主要讨论了活性粒子的产生频率、活性粒子沉积速率的径向分布及沉积速率与过程参量(如系统内气压、气体流速等)的相互关系,并对部分结果进行了理论分析.     

径向温度和压强分布对螺旋波等离子体能量分布和场型的影响

针对射频波加热等离子体的稳态过程,考虑等离子体径向密度呈抛物线分布和高斯分布,分析讨论了径向压强和温度分布对两种密度分布的螺旋波等离子体内功率沉积以及电场和电流密度的分布影响.考虑正梯度、负梯度和零梯度三种梯度模型.通过研究表明:正温度梯度更有利于等离子体中心处的功率的吸收;正压强梯度增大了等离子体边缘处感应电场,减小了中心处电流密度,并减弱了边缘处功率沉积,波能量耦合深度加深,更有利于中心处功率的耦合吸收;等离子体径向密度为高斯分布时,等离子体边缘处电场强度较高,电流密度较小,射频波在边缘处沉积能量较少且变化不大,进而造成波能量的耦合深度大大增加;等离子体径向密度为抛物线分布时,等离子体中心处和边缘处功率沉积较大,其中边缘处附近功率沉积尤为突出且明显高于高斯分布时的.三种温度和压强分布对两种密度结构的等离子体中电场强度与电流密度分布与变化趋势影响基本相似,由此证明m=1模式的稳定性.     

等离子激励器对附面层的诱导作用

对等离子体发生器诱导低速流动流体附面层的流畅场热性进行了数值模拟.研究了等离子体发生器激励强度、等离子体发生器尺寸、主流速度等对低速流动流体的附面层诱导作用.研究中的等离子体由射频发生器产生,结果表明,等离子体发生器对低速流动流体的附面层有较大影响.该研究成果可用于飞行器头部、机翼及发动机叶片的附面层及流动分离的控制,改善飞行器及发动机的流场特性.     

不对称电极上尘埃等离子体颗粒分布

针对不对称电极射频(radio frequency, RF)辉光放电,通过构建二维尘埃等离子体鞘层模型,研究了不对称电极附近鞘层电势和电子密度等参量分布,并对鞘层中的颗粒进行受力分析,研究了尘埃颗粒在鞘层中的分布特征.结果表明：不对称电极鞘层附近电势具有棘轮势特点,颗粒受鞘层电场约束悬浮在鞘层内,其所在平衡位置处的电势呈现不对称周期性变化.通过对比不同大小的颗粒,发现小颗粒悬浮在鞘层较高位置成链状分布,大颗粒的平衡高度靠近极板,被“钉”到不对称电极产生的势阱中.     

裸露金属电极大气压射频辉光放电研究进展

射频大气压辉光放电等离子体在等离子体辅助刻蚀、薄膜沉积、消毒灭菌、空气净化、战地生化清洗等领域有着非常广阔的应用前景.目前,采用具有裸露金属电极结构的等离子体发生器实现大气压条件下氦气、氧气以及空气等廉价气体的稳定射频辉光放电是一项具有挑战性的研究工作.本文以采用诱导气体放电法和局部电场强化法产生纯氮、纯氧及空气的大气压射频辉光放电等离子体以及大气环境下气体流动对等离子体放电特性的影响为重点.综述了裸露金属电极结构的大气压射频辉光放电等离子体电特性实验研究的最新进展.     

Development of Numerical Model for Radio Frequency Atmospheric Pressure Glow Discharges in Argon

A one-dimensional,self-consistent fluid model is developed for a computational investigation on discharge characteristics and dynamics of radio frequency (RF) glow discharges in atmospheric argon,which are demonstrated through the spatial and temporal profiles of plasma species,electric field,and mean electron energy.Furthermore,in the discharge current density range from 7.1 mA/ cm2 to 119.5 mA/cm2,different discharge operation modes of α and γ are indicated by changing differential conductivity of voltagecurrent characteristics and sheath dynamics in terms of sheath voltage and sheath thickness.     

铜膜制备过程中辉光等离子体的双探针诊断

采用Langmuir双探针技术对氩气环境下射频磁控溅射铜薄膜过程中产生的辉光等离子体进行了实时诊断.结果表明,在一定的射频功率下,电子温度随气压的增大呈指数衰减的趋势变化;在一定的反应气压下,电子温度和电子密度随射频功率的增大均呈线性增加的趋势.电子的运动速度数量级为106 m/s.比离子的运动速度大3个数量级.     

介质表面的辉光放电特性

为产生大面积片状等离子体,实验研究了在介质表面的直流放电氩等离子体特性. 测试了共面电极和对面电极两种结构下的放电伏安特性曲线和等离子体发光图像,讨论了介质表面效应对电场分布和放电特性的影响. 结果表明,这两种电极结构具有相似的放电特征,等离子体通道紧贴介质表面;二者伏安特性曲线基本相同,它们随放电条件的变化规律也比较相似,但与传统平板电极直流放电特性不尽相同. 介质表面影响电场分布和电荷损失机制,因而影响放电特性. 介质表面共面和对面电极结构可以产生高密度平面等离子体.     

微空心阴极放电自持的辉光放电的理论及实验

利用蒙特卡洛方法模拟了微空心阴极放电（MHCD）出射电子的空间以及能量分布，并在此基础上模拟了微空心阴极放电自持的辉光放电中电子的空间分布．模拟表明减小MHCD绝缘层厚度，能有效地改变从微空心阴极放电中出射电子的能量分布，从而提高电子发射效率．对于给定的微空心阴极放电电压，电子的发射存在一个轴向电压阈值；轴向电压的进一步增加，出射的电子数会达到饱和．实验表明以MHCD作为辉光放电电子源是可行的，并且微空心阴极放电自持的辉光放电特性的实验结果和理论模拟是一致的．     

非晶碳氢膜的介电谱与分形结构

利用RF－DC辉光放电等离子化学气相沉积法制备了非晶碳氢膜,并测试了其介电谱,用分形理论研究了这种无序结构材料的介电谱与物质结构的关系。结果表明,低频反常色散介电谱确实可以传达物质结构的信息。     

空气中交流针-水电极大气压辉光放电

空气中大气压辉光放电是当前低温等离子体研究的热点,但通常因为放电容易过渡到火花状态,很难产生.为此,在大气压静态空气中采用阻容耦合负反馈方法控制针-水电极等离子体放电发展正反馈过程引起的不稳定性,同时利用水电极良好的热传导性能增强放电的稳定性,成功地抑制了辉光放电向火花放电的过渡,得到了稳定的交流辉光放电.