发射光谱结合碰撞辐射模型诊断常压容性耦合等离子体

建立了一个适用于常压容性耦合氩等离子体诊断的简单碰撞辐射(collision radiation,CR)模型,将发射光谱(optical emission spectrum,OES)与CR模型结合,测量常压容性耦合氩等离子体的电子温度(T_e)、电子密度(n_e)等重要参数,并和由一维混合整体模型(hybrid global model)模拟得到的电子温度和电子密度进行比较。结果表明:由两种方法得出的Te和ne随射频源功率变化的趋势基本一致,表明CR模型是正确的,故OES结合CR模型的方法可用于常压容性耦合等离子体的诊断。     

电源接入方式对双频容性耦合等离子体性质的影响

采用发射光谱结合碰撞辐射模型的方法,研究27.12和2.00 MHz双频电源放电时单极双频(两个射频电源接在一个电极上)和双极双频(两个射频电源接在两个电极上)对双频容性耦合氩等离子体的电子温度和电子密度轴向分布的影响。结果发现:双极双频时的电子密度比单极双频时的高,且其中间等离子体主体区域的电子密度更加平稳和对称,而单极双频时靠接地电极一侧电子密度有一些下降,这与在接地电极附近电子损失相对较多以及高、低频电源在混频器上干扰等因素有关;双极双频时电子温度分布也更加对称和平稳。因此,双极双频接法对电子约束更好,使得高频电源和低频电源馈入等离子体的效率更高。     

C_2F_6、C_4F_8的双频电容耦合等离子体特性研究

采用发射光谱技术,研究了C2F6、C4F8气体的双频电容耦合放电等离子体中F、CF2基团密度以及F/CF2强度比随高频功率、低频功率、放电气压的变化关系.实验结果表明,在双频电容耦合放电等离子体中,高频功率、低频功率、放电气压的改变,使C2F6或C4F8等离子体中出现不同分解过程,这种对气体分解反应的选择性为实现双频等离子体刻蚀薄膜的精确控制提供了可能.     

三频容性耦合氮等离子体中N2和N2+的转动温度和振动温度试验

通过光谱拟合方法研究三频容性耦合氮等离子体中高频(high frequency,HF)、中频(intermediate frequency,IF)和低频(low frequency,LF)功率对氮分子(N2)和氮分子离子(N2+)的转动温度(Tr)与振动温度(Tv)的影响.试验结果表明:由于等离子体的粒子密度升高,导致...     

13.56 MHz/94.92 MHz双频容性耦合氩等离子体特性研究

利用高频频率(HF)为94.92 MHz,低频频率(LF)为13.56 MHz获得了氩等离子体.采用发射光谱法(OES)监测并诊断了氩等离子体的演化过程.基于费米-狄拉克模型计算了电子温度,用连续谱绝对强度法计算了电子密度.结果表明,电子温度随着低频功率的增大而升高,随着高频功率的增大而降低;电子温度随气压的升高而降低;电子密度随高频功率和低频功率的增大而增大;电子密度随气压的增大呈现出先增大后减小的趋势并且在60mTorr附近出现峰值.     

钠原子光电流谱和电子温度、电子密度测量

用氮分子激光(约500 kW)泵浦可调谐染料激光(用Rh6G,调谐波长在575.5nm～615.1nm)测得Na原子光电流谱。用Langmuir探针(特制的空心阴极灯),对激光照射下的Na-Ne放电体系进行电子温度(T_e)和电子密度(n_e)测量,发现n_e正比于激光强度,T_e随着激光强度增大而增高。     

射频电感耦合闭式等离子体产生与光谱诊断的实验

设计了一种闭式等离子体发生装置,采用射频电感耦合方式,以氩气为工作气体,在封闭式腔体低气压环境下进行放电实验。利用发射光谱法,测量了密闭腔体侧面方向的Ar谱线数据,研究了等离子体电子激发温度和电子密度随空间位置的分布规律以及不同射频功率对电子激发温度和电子密度的影响。等离子体中电子激发温度的变化通过玻尔兹曼斜率法进行分析,电子密度的变化则通过分析Ar原子750.4nm谱线强度变化获得。实验结果表明,该发生装置能够产生均匀持续的等离子体层,等离子体中电子激发温度约为9 500K。等离子体电子密度和电子激发温度随着输入射频功率的增加而增大,但变化幅度在减弱;当足够的输入功率时,等离子体层参数随位置的变化幅度较小。     

超高速碰撞铝合金产生等离子体的磁场及辐射特性

材料在受到超高速碰撞时会产生等离子体,并伴随从低频到高频的电磁辐射,它是材料在强冲击载荷作用下出现的重要物理现象,是航天器遭受电磁毁伤的主要形式.本文以铝合金为研究对象,基于等离子体运动方程和比奥-沙伐尔定律,建立了超高速碰撞铝合金产生的等离子体膨胀运动诱发的磁场模型,分析了不同碰撞速度和靶板厚度条件下等离子体运动诱发磁场及微波辐射特性.结果表明,等离子体膨胀运动产生的磁场为脉冲振荡形式的高频磁场.最大磁感应强度幅值、电子振荡辐射功率谱密度以及微波辐射总能量与碰撞速度呈正相关.靶板越薄,等离子体运动产生的磁感应强度越大,强脉冲持续时间越短,电子辐射功率谱密度和微波辐射总能量越小.     

介质阻挡放电等离子体降解甲苯废气

为了研究低温等离子体处理挥发性有机物(VOCs),采用介质阻挡放电的形式对甲苯(C_7H_8)废气进行降解,研究放电功率、气体流量等对甲苯去除率和反应能量效率的影响;同时,探讨臭氧的产生对反应过程的影响,并采用光谱法对等离子体特征进行分析.结果表明,增加放电功率和等离子体的能量密度,降低气体流量,可以使甲苯去除效率提高,但反应的能量效率逐渐降低,反应过程中的能量损耗增加;反应过程中生成臭氧的浓度与甲苯去除率呈正相关性,臭氧的产生与甲苯降解同步进行,促进臭氧的分解有利于甲苯降解;氧等离子体特征谱线由O_Ⅱ谱线、O_Ⅲ谱线和O_Ⅳ谱线辐射共同组成,并且强度随功率增大而加强.     

射频激发容性耦合等离子体空间的不均匀性实验研究

使用高分辨的等离子体发射光谱系统(OES)研究了射频驱动的容性耦合Ar等离子体的空间光谱分布特性.实验结果表明,等离子体发射强度的空间分布对压强、频率和放电腔体的结构有很强的依赖关系.边界效应(如电报效应、趋肤效应等)使得等离子体发射光谱在电极边缘附近具有强的光谱强度,从而使得200 mm范围内等离子体的不均匀性高于100 mm范围内的情形;驻波效应的存在导致在反应器中心位置出现一个中等强度的谱峰;另外,由于射频波可以在介质板中传播,上极板覆盖有介质情况下的等离子体的不均匀性要高于无介质覆盖的情形.     

中频域大气压介质阻挡放电中放电模式及其演化的数值模拟研究

最近的实验研究表明,在300 kHz–3 MHz的中频域,大气压氦气介质阻挡放电存在两种放电模式,即Ω模式和混合模式.为了深入研究中频域的放电模式与低频域(25–100 kHz)辉光放电模式及高频域(5–15 MHz)α模式之间的关系,本文借助于一维流体模型,数值模拟了中频域放电的这两种放电模式,并与实验结果进行了比较.数值研究表明,在中频域Ω模式下,传导电流及功率相对较小,带电粒子主要产生在放电间隙的中部,密度较低,电子加热方式主要为放电区域中部的欧姆加热.而中频域的混合模式,既体现了低频域的辉光放电模式的特点,比如阴极附近有很高的离子密度,电子产生及欧姆加热的区域均在鞘层内部,同时也体现了高频域的α模式的特点,比如在放电间隙中部有密度很高的等离子体区,这些计算结果均与实验观测定性一致.同时,进一步在固定电压的条件下研究了放电模式随频率的变化,指出中频域的混合模式实际是低频域的辉光放电模式与高频域的α模式之间的过渡阶段,本研究将有助于深化人们对大气压气体放电中放电模式之间转化的认识.     

混合气体放电等离子体电子温度的理论计算

推导了双混合气体和具有潘宁效应的双混合气体的放电等离子体电子温度的理论计算公式。利用计算机作图打印出He—Ar混合气体的放电等离子体电子温度随P_(He)/P_(Ar)的不同混合比,以及PD值变化的理论曲线。理论值与实验测量伍吻合较好。     

双鞍型天线与螺旋波等离子体的耦合距离对功率沉积的影响

采用自主编写的程序HWAP(helicon wave at plasma)模拟了双鞍型天线与均匀柱状螺旋波等离子体相互作用时耦合距离对功率沉积的影响。模拟结果表明:1)在一定实验条件下,双鞍型天线发射的波在等离子体中同时激发螺旋波和Trivelpiece-Gould(TG)波,控制天线耦合距离可改变TG波在等离子体边界附近的能量沉积分布;2)当天线耦合距离在一定范围内变化时(15.0~30.0 cm),耦合距离的大小能影响螺旋波和TG波在能量沉积过程中起的主导作用;3)当天线放置在等离子体中时,波在等离子体中沉积的总功率随耦合距离的增加而减少,当天线放置在等离子体边界和装置外壁之间时,总功率沉积先增加后减少,存在一个最佳耦合距离使功率沉积最大。     

常压低温等离子体灭菌实验研究

利用介质阻挡放电(DBD)开展了常压低温等离于体灭菌的实验研究.探讨了细菌种类、细菌裁片和放电气体对灭菌效果的影响.实验结果显示,DBD等离子体能在短时间内杀灭细菌,具有比常规灭菌技术更高的灭菌效率.另外,O2等离子体能在12 s内杀死所有大肠杆菌,远快于N2和Ar等离子体.表明在灭菌过程中占据主导地位的是活性物质O2,而不是紫外辐射.     

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。     

微波电子回旋共振等离子体放电特性研究

为了深刻理解微波电子回旋共振(ECR)等离子体的物理机制、瞬态过程以及空间分布特性,首先利用光栅光谱仪对ECR氮等离子体发射光谱进行了研究,然后利用朗缪尔双探针测量了装置反应室内等离子体密度的空间分布,并分析了放电气压对等离子体空间分布的影响,结果表明: ECR氮等离子体中主要发生的是碰撞激发、碰撞电离,碰撞离解等微观过程,且等离子体的主要成分是激发态的 ;受磁场梯度影响的反应室上游区,等离子体分布不均匀,受等离子体密度梯度影响的下游区,等离子体则具有良好的均匀性;对于特定的微波功率(PW=400W),放电气压存在一个最佳值(p=0.07Pa).     

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.     

脉冲放电等离子体电子激发温度发射光谱诊断

利用微量Ar的发射光谱,对标准大气压N2脉冲流光放电等离子体特性进行了实验研究.在对所得Ar原子荧光谱线归属的基础上,分别采用谱线相对荧光强度比值法,玻尔兹曼曲线斜率法和费米-狄拉克布居分布模型法3种计算方法,对标准大气压N2脉冲流光放电等离子体电子激发温度进行分析比较.结果表明:采用玻尔兹曼曲线斜率法和费米-狄拉克布居分布模型法计算得到的电子激发温度非常接近,分别为(7 474±500)K和(7 480±500)K,说明本研究所涉及的脉冲流光放电等离子体至少接近局部热平衡.     

常压射频放电占空比对SiO_x薄膜形貌和成分的影响

采用常压射频等离子体放电技术,以六甲基二硅氧烷(HMDSO)和Ar的混合气体为反应源,成功制备了SiO_x薄膜.通过测量放电的电流-电压曲线以及发射光谱,研究不同占空比对射频放电段放电特性的影响;利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)以及X射线光电子能谱(XPS)研究了不同占空比放电条件下沉积的SiO_x薄膜的表面形貌与化学成分.研究结果表明,占空比对射频放电段的放电特性影响不大,但是随着放电脉冲占空比的增加,薄膜表面变得不平滑,椭球形颗粒增多,薄膜中无机成分也相应增加.     

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.