空心电极对容性耦合等离子体放电特性影响

为了提高容性耦合等离子体源的等离子体密度，采用空心电极来代替传统平板电极进行放电。本文采用流体力学模型对容性耦合空心电极放电进行建模仿真，研究不同空心电极的孔隙结构、放电电压及极板间距下，空心电极对容性耦合等离子体放电特性，特别是对等离子体密度的影响。结果表明，采用传统平板电极放电得到的等离子体密度仅为1.86×1015m^-3；当采用倒梯形孔隙结构空心电极进行放电时，空心阴极效应被抑制，等离子体密度仅有少量增长；采用矩形或梯形孔隙结构的空心电极进行放电时，孔隙下方的等离子体密度显著提高，达到2.37×1015m^-3以上。研究还发现，随着放电电压从50 V增至125 V，空心阴极效应和静电边缘效应都显著增强，放电中心处的电子密度从4.76×10¹⁴m^-3迅速增加到3.98×1015m^-3，但等离子体密度在径向分布上出现两个明显的峰值，导致均匀性变差。随着极板间距的增加，等离子体密度显著提高，等离子体均匀性受扩散效应的影响得到明显改善。