基于微带环缝谐振器的小功率微波等离子体源

介绍了一种基于微带环缝谐振器的2.45 GHz小功率微波等离子体源,根据微带环缝谐振器的奇模等效电路,通过S参数与微波等离子体阻抗之间的关系,研究小功率微波等离子体源的阻抗匹配及其在不同气体条件下的放电规律.研究表明,在低气压(空气)和常压(氩气)条件下,输入功率不超过1 W,都能使气体放电并激励起稳定的微波等离子体;当微波等离子体激励以后,小功率微波等离子体源的谐振频率和S参数发生变化.这些为小功率电容耦合微波等离子体源的小型化研究提供了理论基础.     

微波等离子体电子回旋共振放电粒子模拟分析

电子回旋共振放电产生的等离子体在微电子工业中材料加工、空间电推进方面有着广泛的应用。为了研究微波等离子体电子回旋共振的放电特性,使电子回旋共振放电产生的等离子体密度和能量转换效率更高,建立了微波等离子体电子回旋共振放电的1D3V模型,描述了带电粒子在外加静磁场、微波场共同作用下的微观运动。结果表明:微波频率为2.45 GHz时,随着静磁场磁感应强度的增加,平均电子能量先持续增大达到峰值,随后又不断地减小,且在0.087 5 T时电子加速效果最明显,结果符合电子的回旋频率公式,验证了该模型的正确性;共振区域内,发现在0.087 5 T磁感应强度下,微波频率为2.45 GHz下拟合的电子速度分布才与微波电场分布趋势相似,说明微波电场推动了电子运动。这为进一步研究微波等离子体放电的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模拟奠定了基础,也为进一步研究微波等离子体源中粒子产生效率及微波等离子体源的物理性质提供了重要参考。     

N2/H2辉光放电等离子体电子碰撞电离的Monte Carlo模拟

采用N2/1-12直流辉光放电等离子体综合的Monte Carlo模型,通过计算N2/H2混合气体直流辉光放电等离子体电子碰撞电离及离解电离率,电子密度及电子能量分布函数,研究了H2的浓度对氮辉光放电等离子体电子碰撞电离过程的影响.研究结果表明:随着H2浓度的升高,电子的电离及离解电离碰撞率减少;但在一定的放电条件下,加入少量的H2,可以提高电子碰撞电离及离解电离率,即选取合适的放电参数,加入少量的氢,可以提高放电空间的电子及离子的密度.模型考虑了12种和电子相关的反应,在氮气中加氢的比例为0～30%.这些影响能通过放电中发生的碰撞过程及鞘层厚度的改变得到解释.研究结果为认识N2/H2混合气体辉光放电等离子体过程机理提供参考依据.     

感应耦合等离子体二维模型与实验对比

为研究感应耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)的建模方法,针对GECRC(gaseous electronics conference radio frequency reference cell)标准等离子体实验平台,利用商业软件CFD-ACE+中的等离子体、电磁场及流体等模块建立了二维流体ICP模型。仿真结果与平台在ICP模式下的放电实验进行了对比分析,在等离子体参数的量级与变化趋势上均取得了较好的一致性。同时对比发现,该模型与Bukowski等(J.Appl.Phys.,1996,80(5):2614)开发的模型的仿真精度处于相同水平,均可定性表征ICP等离子体的分布特性。     

Ar-MIP在石英管内传热与流动特征研究

本文利用有限元方法建立了大气压下微波氩等离子体(Ar-MIP)三维模型,数值仿真了氩等离子体在不同时刻的温度、压强、速度等参数的空间分布情况,分析了这些参数的相互影响,探究微波等离子体流动瞬态特征.研究结果表明:等离子体气体温度随着时间增加而增加,其高温分布呈现空间不均匀,导致气压的局部变化,影响了流体的流速和流向,形成热流绕热现象,这是导致炬管内高温区域流体速度减缓的主要原因.     

中压微波等离子体炬激发过程特征分析

本文建立了中压情况下耦合麦克斯韦方程的自洽二维流体等离子体模型,添加了有关分子离子的一系列动力学反应方程,展示了在中压条件下的激发过程中电子密度、温度、电场模值、趋肤深度等参数的变化. 分析了分子离子空间分布的主要原因. 另外与常压微波等离子体对比发现中压微波等离子体气体温度较低,对石英管的损害较小,能够适用于各种废气的处理、纳米颗粒的合成以及薄膜的制备,易于实现大规模化,具有很好的应用前景.     

电子回旋共振等离子体特性的数值模拟

以电子作为流体，离子作为粒子这一混合模型，研究了电子回旋共振等离子体微波放电的热现象及离子沿偏离轴向磁力线的输运。结果表明气压对ＥＣＲ等离子体影响很大。     

电子回旋共振等离子体特性的数值模拟

以电子作为流体、离子作为粒子这一混合模型，研究了电子回旋共振（ＥＣＲ）等离子体微波放电的热现象及离子沿偏离轴向磁力线的输运．结果表明气压对ＥＣＲ等离子体影响很大     

相同放电面积不同边界介质阻挡放电

利用对介质阻挡放电装置,在放电电极上覆盖上相同面积不同边界的绝缘介质,观察它的放电的特性,对其放电模式及放电产生的等离子体重要参数电子激发温度进行了记录与计算.实验结果表明:由于放电具有相同的面积,导致间隙间的电容值相同,所以导致击穿电压、放电的模式、放电产生等离子体中的电子激发温度基本相同.     

锥齿形电极介质阻挡放电特性的研究

提出一种用于流体等离子体化学反应的锥齿形介质阻挡放电电极结构,并从放电形貌、放电电流波形和功率注入效率等方面,探讨了锥齿形放电电极结构在等离子体形成区域,放电强度,等离子体区域流体分布等方面的特性.实验结果表明,在相同放电条件下,锥齿形放电电极结构的微放电电流峰值及注入功率都比平板形电极结构的大,锥齿形电极介质阻挡放电电极结构更有利于流体物质的等离子体化学反应.     

气体激光器波导耦合腔的研制与测试

针对现有微波激励气体激光器存在的一些问题,研制出一种微波激励器波导耦合腔。采用频率为2.45GHz,输出功率为1000W的微波激励耦合腔进行了实验,其结果表明:该耦合腔具有易调谐和阻抗匹配等特点,对改善放电均匀性、减少微波能量反射有明显效果。该项研究有利于提高工作气体气压、增大放电的增益长度,为发展更高功率的微波激励气体激光器提供技术基础。图6,参10。     

金属孔阵列电极板间大气压等离子体的微波传输特性

为探究微波反射法用于诊断射频大气压辉光放电等离子体核心区的可行性,使用COMSOL软件仿真模拟微波通过金属孔阵列结构及存在等离子体的金属孔阵列电极结构的传输特性,分别研究结构参数和等离子体密度对微波传输的影响。结果表明:在57～61GHz反射频谱中存在两种具有相反特性的表面等离激元共振模式;改变电极的结构尺寸会导致共振频率的漂移;低频模式的反射随等离子体密度的增加而增大,高频模式的反射则表现出相反的响应,尤其在等离子体密度10~(17)～10~(19) m~(-3)内变化明显。因此,应用高频模式的微波传输特性诊断核心区等离子体具有一定的可行性。     

气体成分对等离子体斑图的影响

采用双水电极介质阻挡放电装置,在大气压下研究了氩气和空气混合气体中气体成分对等离子体斑图(包括四边形斑图和六边形斑图)的影响.四边形斑图和六边形斑图的电压范围随着空气含量的增加而逐渐增大.实验测量了击穿电压随空气含量变化的关系.结果发现:击穿电压随着空气含量的增加而增大,但不成简单的线性关系.在氩气放电中,击穿电压值随着放电间隙的增大而增大.     

射频激发频率对大气压射频辉光放电模式的调控

通过实验研究了氦气中大气压射频辉光放电产生等离子体的电学和光学特性与射频激发频率的关系,包括气体击穿电压、放电工作在α模式下的放电电压和电流的参数范围以及706nm处发射光谱强度在射频激发频率在2~26MHz内的变化.研究表明,当射频激发频率达到11MHz以后,气体击穿电压和放电工作在α模式下的放电电压参数范围基本不再随射频激发频率变化,而放电电流参数范围随射频激发频率拓展,有助于获得高强度稳定大气压射频辉光放电.     

碳纳米管中氢等离子体的介电特性及微波吸收机理研究

运用双流体理论和唯象模型,导出了碳纳米管中氢等离子体的复介电常数和微波吸收系数,构建了铁催化高压歧化生成的碳纳米管中氢等离子体的微波吸收模型,从理论上证明了铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子体中的带电粒子对微波产生的碰撞吸收是其主要微波吸收机理,揭示了铁催化高压歧化生成的碳纳米管对2.45 GHz的微波产生强烈吸收的物理机制.     

ECR新型低温等离子体技术及应用

介绍了新型电子回旋共振(ECR)低温等离子体技术以及其工业主要用途,电子回旋共振等离子体通过电子回旋共振吸收微波能量来产生高密度等离子体。该新型低温等离子体由于无内电极放电无污染、等离子体密度高、能量转换率高和电离度高等优点必将在高质量薄膜沉积、反应离子干法刻蚀及材料表面改性等方面得到广泛的应用。     

大气压多脉冲介质阻挡均匀放电的数值模拟

为了进一步明确大气压多脉冲辉光放电的形成机理,采用扩展的一维等离子体流体模型数值研究了大气压多脉冲介质阻挡均匀放电的放电特性.该模型增加了电子能量守恒方程,考虑了电子温度对电子输运系数的影响.结果表明大气压氦气多脉冲放电中的每个电流脉冲都处于汤森放电模式,上一次放电为下一次放电提供了种子电子,导致了后面的击穿电压依次降低,放电电流脉冲依次减小.随着驱动频率的增加,电流脉冲个数减少,但是脉冲电流大小增加.随着驱动电压幅值的增加,不仅电流脉冲个数增加,脉冲大小也增加,模拟结果与实验结果定量吻合.     

高功率微波低空水平传输的FDTD求解与击穿分析

基于麦克斯韦方程和电子流体方程构成的完备系,利用时域有限差分法,对高功率微波(high power microwave, HPM)低空水平传输的非线性衰减进行了数值模拟。结果表明,在空气击穿发生的区域里,部分微波能量会被吸收,但仍有大量的能量可继续向前传输;HPM脉冲场强超过击穿阈值愈高时,空气对脉冲能量的吸收愈大。     

高功率脉冲微波辐照大鼠体内场强的数值模拟

文章在建立大鼠电磁模型的基础上,用时域有限差分法(FDTD)分别计算了2.71 GHz和9.33 GHz高功率脉冲微波(HPPM)辐照大鼠时,大鼠体内,尤其是心脏、肝脏、大脑等器官的电场强度分布.结果显示,2.71 GHz的HPPM腹部和侧部方向辐照时,大鼠各器官的场强从大到小依次为心脏、大脑、肝脏;9.33 GHz HPPM辐照时,场强从大到小依次为大脑、肝脏、心脏.并且相同功率密度的2.71 GHz的HPPM入射到大鼠体内的平均场强约为9.33 GHz HPPM的4倍.结果表明,脉冲微波入射到大鼠体内各器官的场强分布存在一定差异,并与微波的频率以及微波入射方向密切相关.因此,研究HPPM生物效应时,需深入分析生物体内部的场强分布,才能科学合理地表示产生生物效应的电磁辐射剂量,得到较正确的高功率脉冲微波生物效应的量效关系.     

HPM等离子体有源天线散射研究

应用高功率微波大气传输机理和等离子体物理理论,提出了一种新概念天线—等离子有源天线;首先计算高功率微波脉冲的等离子体的折射指数,分析折射指数与反射能流密度及输入功率密度的关系,然后研究了高度等参量对等离子有源天线输出能量的影响.