Ne气负脉冲电晕放电等离子体电子温度测量

依据荧光发射谱谱线强度正比于激发态粒子数原理,通过测量不同激发态能级所发射荧光谱线的相对强度,对Ne气脉冲电晕放电等离子体平均电子温度随峰值电压、样品气压的变化以及有效电子温度的时间行为进行了实验研究.结果表明,平均电子温度随放电峰值电压、样品气压均呈现近线性的变化趋势;而有效电子温度随时间变化先于脉冲电晕放电电流的变化.     

离子（N2^＋,N^＋）在阴极壁的能量变化规律的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗模拟对氮气辉光放电离子(N2^ ,n^ ）轰击阴极的能量分布,随放电参数的变化规律进行了研究。结果表明：离子在阴极壁的能量分布与放电参数有关,即随着工作气压的增加,向低能区压缩;随着电压升高,向高能区蔓延;随气全温度的升高,到达阴极壁的离子N^ 大幅度增加,N^ 的能量也显著提高;当工作气压P＜200Pa时,阴极壁上N^ 主要以高能粒子出现,但粒子数密度很低,随着工作气压或电压上升,离子N^ 的密度也将减少。     

6～50 MHz射频容性耦合Ar等离子体的放电特性

通过光谱实验测量和PIC/MCC模拟,研究了6～50 MHz射频驱动下容性耦合氩等离子体的放电特性.固定气压为40 m Torr,气体流量为30 m L·min-1.结果表明,当频率和气压一定时,随着功率的增大,电子密度升高,电子温度降低;在气压和功率不变的情况下,随着频率的增加,电子温度升高,电子密度降低.通过模拟与实验对比发现,模拟结果与实验结果变化趋势较一致.电子能量分布函数均为双麦克斯韦分布,高能电子布居数随功率增大而减小,低能电子布居数随功率增大而增大.当功率恒定为60 W时,高能电子布居数不断增加,而低能电子布居数随频率的增加而减少,这可以解释电子温度随频率的增加而增加的原因.电场强度的时空分布表明,鞘层厚度随功率和频率的增加而减小.     

离子(N_2~+,N~+)在阴极壁的能量变化规律的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗模拟对氮气辉光放电离子 ( N+ 2 ,N+ )轰击阴极的能量分布 ,随放电参数的变化规律进行了研究 .结果表明 :离子在阴极壁的能量分布与放电参数有关 ,即随着工作气压的增加 ,向低能区压缩 ;随着电压升高 ,向高能区蔓延 ;随气体温度的升高 ,到达阴极壁的离子 N+ 大幅度增加 ,N+ 的能量也显著提高 ;当工作气压 P<2 0 0 Pa时 ,阴极壁上 N+主要以高能粒子出现 ,但粒子数密度很低 ,随着工作气压或电压上升 ,离子 N+的密度也将减少     

螺旋型天线螺旋波等离子体特性研究

为提高等离子体密度和工质气体电离率,本文采用螺旋天线产生的螺旋波激励Ar等离子体,并利用射频补偿Langmuir探针分析了等离子体的离子密度和电子温度特征.试验结果表明,气压增加的同时,随着功率的升高,螺旋波等离子体出现放电模式转换,提前进入螺旋波放电模式.在1.0 Pa压强下,当射频功率达到400 W时,等离子体进入螺旋波放电模式,此时扩展区域的等离子体密度超过1×10¹⁸ m^-3.电子密度在放电管中心区域最高,并沿径向逐渐降低.本文的研究结果将为大体积H₂螺旋波等离子体提供依据和经验.     

辉光放电等离子体特性的实验研究

针对Langmuir单探针测量空气辉光放电等离子体特性实验中,探针的伏安特性曲线不理想这一问题,分析了两种数据处理方法,并通过了实验验证;对影响等离子体参数分布的因素(放电电压、气压)进行了考察。结果表明:放电电压越高,电子的温度越低,密度越高;气压越高,电子的温度越低,密度越高。     

不同气压下氩气介质阻挡放电γ过程仿真

为了研究在氩气不同气压下对介质阻挡放电(DBD)的电气参数和放电特性的影响,利用有限元分析建立大气压下氩气中的二维轴对称板-板电极放电等离子体模型,并对放电过程进行求解,通过仿真得到放电过程中的电势、电子温度、电子密度及氩离子数密度随着空间位置变化的波形。仿真结果表明,介质阻挡放电的特性变化与放电环境气压变化有关,随着气压的增加,气压在一定范围内,电势、电子温度、电子密度都下降,且电势空间分布的变化与电子密度相关。     

MEVVA离子源等离子体密度测量

采用静电探针方法测量了ＭＥＶＶＡ离子源中的等离子体，得到了单探针，双探针的特性曲线，等离子体电子温度和等离子体离子密度以及离子密度随离子源轴向的变化和径向分布。其中离子密度随离子源径向的分布近似为高斯分布，还研究了等离子体密度与弧流的关系，并采用加会切磁场的方法试图改善等离子体密度的径向分布的均匀性，得到了一些有益的结果。     

氢等离子体特性及其对钨的辐照行为研究

本文依托四川大学直线等离子体装置(SCU-PSI)产生高通量氢等离子体,采用朗缪尔探针对氢等离子体特性进行诊断,研究了氢等离子体特性随放电电流、气体流量等输入条件的演变规律;并利用调控产生的氢等离子体对纯钨进行了相应的辐照研究. 实验结果显示, 在磁场0.1~0.2 T、气流量1 000~2 200 sccm和电流180~228 A范围内,氢等离子体通量密度、热负荷密度及电子密度、温度等参数与磁场和电流呈正相关关系,而与气体流量呈负相关关系. 在该范围内,最高等离子体密度达到2.6×1019 m-3,等离子体通量达到8.8×1022 m-2?s-1,热负荷达到6.5×104 W/m2. 利用调控产生的等离子体对纯钨样品进行初步辐照实验,结果显示随着入射等离子体特性的不同,样品表面出现不同程度的尺寸和密度不均匀颗粒状辐照损伤结构,并且颗粒尺寸随氢等离子体离子通量的增加而增大. 本文结果显示SCU-PSI可以产生理想的氢等离子体环境,因此可以作为未来聚变领域,研究氢等离子体和托卡马克装置面向等离子体材料钨以及相应结构材料相互作用的有效实验装置.     

不同驱动电源下磁控溅射等离子体行为

磁控溅射驱动方式是影响其等离子体特征的重要因素之一,而等离子体行为最终影响所沉积薄膜结构和性能。磁控溅射过程中基体上产生的浮动电势与等离子体中电子能量分布有关,基体饱和电流则与等离子体的离子密度有关,可综合反映辉光放电系统等离子体状态。本实验分别采用射频、直流和脉冲直流电源溅射Mo粉末靶,改变靶基距,测量基体浮动电势及饱和电流,探讨溅射驱动方式对等离子体行为的影响。研究表明:靶功率增加,靶电压、电流均随靶功率增大,基体浮动电势基本保持不变,基体饱和电流增加,但电压增加率极小,而电流增加率较大。基体浮动电势绝对值随靶基距的增加而降低,即电子的能量分布随靶基距增加而降低。射频溅射产生的浮动电势明显小于直流和脉冲直流溅射的。直流溅射等离子体能量最高,射频溅射等离子体密度最大。     

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.     

GaAs晶体二维自旋磁极化子平均数的磁温效应

研究了半导体内弱耦合二维自旋磁极化子的磁场和温度特性．在有限温度和外加均匀恒定磁场的情况下，应用么正变换和线性组合算符法给出了GaAs晶体内极化子平均数与磁场和温度的依赖关系的理论表示，也作了数值分析．数值计算的结果表明：在某一确定的温度下，弱耦合二维自旋磁极化子平均数随磁场的加强而减小；磁场较弱或温度较高时，平均数变化较剧烈；磁场较强或温度较低时，平均数变化较平缓；当外加磁场确定时，弱耦合二维自旋磁极化子平均数随温度升高而增大；当温度较低或磁场较强时，平均数变化偏离线性关系；当温度较高或磁场较弱时，其变化接近线性关系．     

自旋对表面磁极化子自陷能磁场特性的影响

讨论了电子自旋对表面磁极化子特性的影响.应用么正变换、线性组合算符和微扰法研究了电子自旋对电子与表面光学声子耦合强、与体纵光学声子耦合弱的表面磁极化子自陷能Etr磁场特性的影响.以TlB r晶体为例所作的数值计算结果表明:电子自旋使Etr分裂为二,且随磁场B的加强,分裂间距增大;若电子与光学声子耦合强,自旋量子数mS取-1/2时,Etr随B的加强而增大,mS取1/2时Etr随B的加强而减少;若电子与光学声子耦合弱,不论mS取何值,Etr都随B的加强而减少;不论电子与光学声子耦合强还是弱,电子自旋作用对Etr的影响都随B的加强而增大.     

高温高压气藏地层水结垢规律实验研究

针对目前国内外缺乏直接检测高温高压地层水离子含量设备的问题,设计了测试高温、高压条件下实际气藏流体中地层水离子含量及结垢量的静态实验。采用实际气藏流体进行了高温高压PVT 分析及离子含量检测实验,测试不同条件下水中气、气中水含量及地层水离子组成,确定地层流体结垢量,综合研究了高温高压地层水相态变化和离子含量的变化规律及其内在联系。结果表明：随地层压力降低,天然气在水中的溶解度降低,水的蒸发加剧,地层水矿化度升高,结垢趋势增加。一定的低压高温条件下,地层流体中的无机盐结垢且结垢量随压力降低而增加,随温度降低而减小;实际地层流体结垢量比脱气地层水低且结垢量随温度压力的变化趋势更为明显。     

工作气压对氩射频电感耦合等离子体模式转换的影响

摘要：等离子体技术在半导体芯片刻蚀工艺中的应用越来越广泛.研究等离子放电机理和工作条件就显得尤为重要.本文采用Langmuir探针诊断装置测量电子温度和等离子体密度,利用发射光谱诊断装置测得的光谱强度来判断实验腔室内的放电模式.结果表明,等离子体放电可以在E模式和H模式相互转换,并且等离子体密度和光谱强度随着功率的变化而出现反向滞后现象.当工作气压在0.36Pa到0.42Pa区间时,滞后现象将不再存在.此外,随着真空室气压的增大,E-H模转换的跳跃功率先减小而后增大,在工作气压为0.39Pa时最低.射频功率越大,气体保持H模式放电所需气压的范围越大.这些都能为实际工业生产中的气压控制提供参考依据.     

不同气压介质阻挡放电中的气体温度

介质阻挡放电被广泛地应用于材料合成、表面处理和污染控制等领域.为了提高它的应用效率,人们期望测得其各种等离子体参量,如气体温度、电子密度以及电子激发温度等.本实验利用波尔兹曼图解法分析了N2+第一负带系(B2∑u+→X2∑g+)的(0,0)带的发射谱线,对介质阻挡放电等离子体的转动温度(气体温度)进行了测量.通过改变实验条件研究了放电气体中氩气含量和气压对等离子体气体温度的影响.结果表明:气体温度随气压的增大而增大,其变化范围是490～550 K,但氩气含量对气体温度的影响不大.     

溅射离子泵抽气单元放电及离子输运仿真

基于有限元法,对溅射离子泵抽气单元内气体放电及离子输运过程进行了研究.采用商业软件COMSOL Multiphysics将等离子体模块、磁场模块、带电粒子追踪模块进行耦合,计算得到阳极筒内电子密度的分布规律.研究了气体压强、阳极电压、磁场强度等参数对电子密度的影响,追踪了离子在不同压强下的运动轨迹,得到了离子对阴极板的入射角度和冲击能量.将仿真结果代入到理论抽速计算公式中,所得结果与实验数据进行对比,两者具有很好的一致性,验证了仿真模型的准确性.对离子泵结构设计和性能优化提供了一种适用方法.     

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。     

针-板型介质阻挡放电的光电特性

设计一种针-板型介质阻挡放电装置,在大气压下以空气/氩气混合作为工作气体,研究了在混合气体流动和不流动2种情况下介质阻挡放电的光电特性.利用玻尔兹曼法计算氮分子振动温度(Tv)和谱线相对强度比值法计算电子激发温度(T_exc),实验结果表明:输入功率(P)和Tv随外加电压(Ua)增加而增大,而Texc随Ua增加有减小的趋势;当Ua一定,气体流动时,P变大,Texc变小,而Tv基本不变.通过对高能电子与工作气体发生非弹性碰撞进行定性解释,对于大气压等离子体动力学行为的深入研究具有重要意义.