電暈槍放電特性的機(jī)理研究.pdf

1、電暈放電是少數(shù)能在大氣壓下直接通過(guò)電極放電獲得低溫等離子體的發(fā)生方式。由于它還具有電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、功耗低等特點(diǎn)，如今它在工業(yè)上都有廣泛的應(yīng)用。而本課題所研究的電暈槍就是一個(gè)應(yīng)用在非接觸式半導(dǎo)體C—V測(cè)試設(shè)備上的放電裝置。 電暈槍實(shí)際上是一個(gè)利用氣體電離產(chǎn)生帶電粒子，并在電場(chǎng)聚焦作用下迫使粒子從小孔中出射的電荷發(fā)射器。為了能讓電暈槍達(dá)到最穩(wěn)定最高效的放電形式，本文從基本原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和模擬計(jì)算等不同角度對(duì)它的放電特性展開(kāi)了研

2、究。 首先，本文分析了正電暈和負(fù)電暈在擊穿過(guò)程中不同的物理過(guò)程。正電暈主要依靠斷續(xù)的正流光引發(fā)爆發(fā)式脈沖電暈的電離過(guò)程；負(fù)電暈則始于由電子雪崩產(chǎn)生的特里切爾脈沖電暈。兩者維持自持放電的機(jī)制也各不相同。正電暈依賴光致電離產(chǎn)生種子電子；而負(fù)電暈依靠次級(jí)電子發(fā)射。由此構(gòu)成了兩種放電模式下，截然不同的放電現(xiàn)象。 其次，本文在使用氬氣、氮?dú)猓鯕夂涂諝庾鳛榉烹姎怏w的實(shí)驗(yàn)中，觀測(cè)到了各有特色的電流曲線。氬氣具有明顯不穩(wěn)定的放電過(guò)程，

3、而且它的擊穿電壓比其他氣體都要低，正電暈的流光作用非常明顯；氮?dú)獾恼姇灧€(wěn)定性不錯(cuò)，但是負(fù)電暈表現(xiàn)出明顯的電子雪崩作用，最初的負(fù)電流會(huì)陡然增高，穩(wěn)定后的負(fù)電流是正電流的三倍之多；氧氣的正負(fù)電暈穩(wěn)定性都非常值得信賴，正負(fù)電流的曲線也表現(xiàn)出很好的對(duì)稱性，但是由于放電中會(huì)產(chǎn)生臭氧等氧化作用很強(qiáng)的自由基，導(dǎo)致放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不必要的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)器造成傷害，并留下化合物沉積污染，阻礙了電暈槍的進(jìn)一步使用；空氣正好是氮?dú)夂脱鯕獾幕旌象w，它使得兩

4、種氣體能夠取長(zhǎng)補(bǔ)短恰到好處地結(jié)合在一起，表現(xiàn)出最好的放電穩(wěn)定性，在低速的氣體流量下，又排除了少量的廢氣，因此成為實(shí)際應(yīng)用中的理想氣體。這些實(shí)驗(yàn)中的放電曲線也為進(jìn)一步的理論分析奠定了基礎(chǔ)。 最后，本文設(shè)計(jì)了一套完整的電暈槍電場(chǎng)分布計(jì)算方案，并可以進(jìn)行電荷漂移模擬。通過(guò)數(shù)值差分計(jì)算泊松方程的方法，可以在不同的電極電壓和電極結(jié)構(gòu)下獲得實(shí)際的電場(chǎng)分布，再按照電場(chǎng)中的粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律，計(jì)算得到電荷的漂移軌跡。在模擬計(jì)算的圖像上，可以清楚地看到