低氣壓感應(yīng)耦合放電器件研究及模型建立.pdf

1、本論文圍繞兩個(gè)主要問題開展研究:
　　 1.感應(yīng)耦合H型(感應(yīng)放電模式)放電特性;
　　 2.感應(yīng)耦合E型(靜電放電模式)和E.H型放電過渡特性;
　　 通過對這兩大方面問題的探究,可以更加深入的了解感應(yīng)耦合器件在射頻信號下的等離子體電磁特性、等離子體放電機(jī)理和等離子體模式轉(zhuǎn)變特性等多方面信息。為真正深入了解其放電特性并加以實(shí)際應(yīng)用提供物理認(rèn)識。
　　 論文使用射頻信號發(fā)射器和功率放大器,提供可調(diào)制的射頻

2、功率信號通過感應(yīng)誘導(dǎo)方式激發(fā)Kr-Hg放電。在實(shí)驗(yàn)中將H型放電和E型放電通過光亮度、功率和輸入線圈電流的不同加以區(qū)分,明確此兩類感應(yīng)耦合放電的原理。
　　 通過單匝線圈法和電磁輪廓模型的應(yīng)用,在H型放電情況下利用外部電參量構(gòu)建了放電管空間電磁輪廓,將電磁E場和B場在放電管徑向和軸向分別求解,發(fā)現(xiàn)放電空間E場和B場均具有由中心沿徑向指數(shù)上升的特性,而在軸向則由于等離子體濃度和能量的耗散具有指數(shù)下降的趨勢。求解中通過有限差分和功率擬

3、合的方法,同時(shí)還可計(jì)算出不同功率情況下放電空間等離子體磁導(dǎo)率μ、等離子體電導(dǎo)率矢量σr+iσi、趨膚長度δ等參量。
　　 H型放電中應(yīng)用變壓器模型,可以進(jìn)一步得到放電阻抗和感抗隨線圈電流和功率的變化。隨著功率的增長,等離子體等效阻抗進(jìn)一步增長而等效感抗有所降低。阻抗的增長說明在小功率范圍內(nèi),電子動(dòng)量遷移頻率v增長的速率要高于電子濃度ne的增長速率。因此體現(xiàn)了放電等離子體的正阻特性。而在H型放電由于功率減小而接近H-E型跳變時(shí),阻

4、抗降低,而感抗則有很大的增加。因而對應(yīng)的ωLp/Rp在小功率情況下有很大的增加,這與推斷的功率因數(shù)的急劇下降相吻合,并體現(xiàn)了耦合能量效率的急劇下降。
　　 通過H型放電電磁輪廓模型和H型放電變壓器模型的計(jì)算,可以驗(yàn)證此兩類模型的正確性和實(shí)用性,同時(shí)進(jìn)一步通過電導(dǎo)率公式、電子溫度和電子動(dòng)量轉(zhuǎn)移截面的假設(shè),可應(yīng)用最優(yōu)化方法計(jì)算H型放電中電子濃度、電子溫度和氣體溫度等隨功率的變化趨勢。
　　 在E型放電和E-H型放電過渡的研究

5、中,通過測量電參量和光譜參量數(shù)據(jù),得出在E型放電和H型放電中,存在多種能量耗散和激發(fā)平衡點(diǎn)。正是能量平衡的非線性變化導(dǎo)致了兩種放電的滯后效應(yīng)。
　　 而在過渡放電的光譜分析中,通過Hg435.8nm、Kr811.3nm譜線的選取以及Hg365.0nm譜線和Hg312.6nm譜線強(qiáng)度比值可以分析得到,H型放電下高能電子濃度和高能電子比例大幅度增長,而正因?yàn)榇?等離子體EEPF更加趨于Maxwellian分布;而Hg亞穩(wěn)態(tài)濃度與非亞