塵埃的充電和生長過程對等離子體參數(shù)的影響.pdf

1、塵埃等離子體廣泛存在于星際空間、電離層、行星大氣、以及實驗室的等離子體裝置中和材料的等離子體處理過程中。近年來，人們發(fā)現(xiàn)等離子體中的塵埃顆粒對用于材料處理的氣體放電有重要的影響：一方面在微電子加工中，塵埃顆粒對刻蝕和沉積過程會造成污染，影響半導體集成電路加工的質(zhì)量；另一方面氣體放電中的塵埃顆粒的形成和生長又為粉末合成和表面改性及等離子體化學提供了一種獨特的新方法。這兩方面讓人們產(chǎn)生對應用于材料處理的氣體放電中塵埃粒子的行為及其對放電參數(shù)

2、影響的研究興趣。 本文在考慮電子密度和電子溫度是隨時間變化的情況下，用等離子體的能量守恒方程研究了塵埃顆粒的動態(tài)充電過程和顆粒的緩慢生長過程及其對等離子體參數(shù)的影響，并與實驗結(jié)果做比較分析。 第一章，簡要介紹了塵埃等離子體的基本概念、研究近況和研究方法。 第二章，介紹了塵埃充電的基本理論和等離子體穩(wěn)態(tài)放電分析中的守恒量——粒子數(shù)守恒和能量守恒。 第三章，介紹了塵埃顆粒的形成和生長過程。對顆粒的快速生長(凝

3、聚過程)過程和緩慢生長過程中的機制進行了簡單概述。 第四章，結(jié)合具體實驗研究了塵埃顆粒的充電過程及其對等離子體參數(shù)的影響。通過分析發(fā)現(xiàn)，塵埃的充電使得電子密度急劇減少，而電子溫度急劇升高。而且顆粒的充電是一個非常短的過程，其在Rd=40nm時的特征充電時間τ～400μs。在充電電流只考慮電子流和離子流時，塵埃顆粒帶負電，所帶的電荷數(shù)在Rd=40nm時約為111個電子電荷。另外，充電過程中等離子體吸收的功率主要用于電子和中性原子的

4、碰撞電離和激發(fā)，而離子在器壁損失的能量和塵埃顆粒上的電子所損失的能量在充電過程中都很小，并且離子在器壁損失的能量遠遠大于附著到塵埃顆粒上的電子所損失的能量，約為總能量的3％。 第五章，結(jié)合具體實驗研究塵埃顆粒的生長過程及其對等離子體參數(shù)的影響。通過分析發(fā)現(xiàn)，塵埃顆粒的緩慢生長對放電中的電子密度影響很小，電子密度變化得很緩慢，但是電子的溫度卻仍然是在不斷增大，變化范圍為5.0eV～15eV。而生長過程中等離子體吸收的功率主要用于電