直流輝光放電電離特性的PIC-MCC模擬.pdf

1、隨著微電子工業(yè)的發(fā)展，輝光放電技術的應用領域越來越廣泛。作為產生等離子體的一種主要的方式，長期以來，國內外學者從多方面對輝光放電進行了研究，但其中對于輝光放電電離過程的研究較少。了解直流輝光放電的電離過程，能夠更深入的了解輝光放電過程中粒子的輸運特性，正確的模擬這一電離過程將對以后的實際應用起理論指導作用。 本論文圍繞直流輝光放電的理論分析與計算機模擬展開研究工作，主要工作和創(chuàng)新之處在于： (1)對直流輝光放電及等離子體

2、源的理論、計算機模擬方面進行了綜述 對直流輝光放電及其生成等離子體的理論、計算機模擬方法進行了綜述、總結與對比，并對今后的研究前景進行了展望。特別指出了模擬直流輝光放電電離過程的重要意義及PIC/MCC(粒子模擬與蒙特卡羅相結合)方法在模擬直流輝光放電及其生成等離子體特性研究中的優(yōu)勢。 (2)直流輝光放電電離過程的三維理論分析 以通常的直流輝光放電系統為基礎，建立了物理模型，對直流輝光放電進行了三維的理論分析，其

3、中包括電勢的求解、等離子體集體運動、粒子間的碰撞、帶電粒子與邊界的相互作用?？紤]了電子與中性粒子的彈性、激發(fā)、電離碰撞；離子與中性粒子的彈性、電荷交換碰撞；碰撞截面均是能量的函數。模擬了電子到達邊界后被邊界吸收、反射及二次電子發(fā)射等情形。 (3)直流輝光放電電離過程的三維PIC/MCC模擬 在直流輝光放電電離過程的三維理論分析基礎之上進行了數值模擬，用Fortran語言編寫了三維的PIC/MCC模擬程序。采用有限差分法求

4、解泊松方程，采用PIC方法中的靜電模型描述帶電粒子與電場自洽的相互作用，MCC方法描述粒子之間的碰撞過程及帶電粒子與邊界的相互作用，從而將PIC方法與MCC方法相結合，使得PIC模擬處理集體相互作用和MCC處理粒子碰撞優(yōu)勢得以兼顧。 (4)直流輝光放電電離過程的診斷分析 通過對直流輝光放電的PIC/MCC模擬，得到了大量的放電過程中關于帶電粒子運動的微觀信息，展現了放電過程中帶電粒子的速度、能量等隨時間、空間的演化；對直