【摘 要】
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本文主要采用流体动力学的方法,系统地对直流辉光放电、射频辉光放电鞘层区域各个等离子体参量进行了有效的建模和求解,得到了理想的结果。 在对直流辉光放电进行模拟的时候
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本文主要采用流体动力学的方法,系统地对直流辉光放电、射频辉光放电鞘层区域各个等离子体参量进行了有效的建模和求解,得到了理想的结果。
在对直流辉光放电进行模拟的时候,我们从连续性方程出发,将离子与中性分子间的动量交换碰撞引入了鞘层区域的运动方程,研究了不同气压,不同初始离子密度比例对氮等离子体阴极鞘层区域N<+>、N<+><,2>离子密度、电子密度、电位、电场强度沿空间分布的影响。结论如下:离子在向阴极输运的过程中,密度逐渐减少,而且在鞘层边界下降最快,之后趋于缓和,基本上可认为离子在鞘层中间部分是均匀分布的;在鞘层边界附近,电子密度下降的速度比离子更快;在不同气压下,随气压的升高,N<+>、N<+><,2>离子在鞘层内密度增大,鞘层变薄,电场增强;在N<+>、N<+><,2>离子以相同初始密度进入阴极鞘层后,N<+><,2>离子密度始终比N<+>离子密度大。
本文建立了自洽的射频偏压等离子体鞘层流体动力学模型,研究了等离子体参数对无碰撞射频偏压等离子体鞘层物理特性影响。模型包括描述离子运动的含时间相关项的连续性方程、动量方程和决定鞘层内电势时空分布的泊松方程以及可以自洽地决定基板电位和鞘层厚度关系的电流平衡方程,是一套非线性方程组。采用四阶龙格——库塔法求解电流平衡方程,采用三对角矩阵的“追赶法”来求解泊松方程,采用有限差分法求解离子的流体动力学方程。实现了较宽射频频率和等离子体参数范围的射频偏压等离子体鞘层时空演化特性的模拟。我们发现外加射频频率ω与离子等离子体频率ω<,pi>的比值β,即β=ω/ω<,pi>,是决定射频偏压等离子体鞘层物理特性的一个关键物理量,模拟结果还表明基板电压和鞘层厚度随时间呈周期性变化;并且发现基板电压并不像许多研究者所假定的那样,呈正弦规律变化,而是随时间呈非正弦规律变化;鞘层内电势、电场、离子密度和电子密度皆随时间呈周期性变化,且在靠近基板处,它们的空间梯度较大。
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