碰撞等離子體的產(chǎn)生及其性質(zhì)研究

1、中文摘要摘要等離子體作為帶電粒子的集合，由于其中存在復(fù)雜的集體作用和豐富的非線性現(xiàn)象，一般認(rèn)為其狀態(tài)具有較強(qiáng)的條件依賴(lài)性。這些性質(zhì)較大的限制了等離子體應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化和工程化。然而，當(dāng)?shù)入x子體中電子一中性粒子的碰撞頻率(％。)與等離子體頻率(u口。)相當(dāng)或更大時(shí)，以等離子體頻率為特征頻率的等離子體集體行為受到限制，等離子體從動(dòng)力學(xué)行為上已經(jīng)趨向于普通流體，此時(shí)的等離子體可以稱(chēng)為碰撞等離子體。由于碰撞等離子體在半導(dǎo)體、照明、材料加工等領(lǐng)域具有

2、廣泛的應(yīng)用背景，尤其是因?yàn)樗己玫碾姶挪ㄎ漳芰哂休^強(qiáng)的國(guó)防技術(shù)應(yīng)用背景，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)碰撞等離子體基本性質(zhì)的研究十分活躍。但目前大多數(shù)工作主要集中在碰撞等離子體與電磁波相互作用的性質(zhì)上，對(duì)碰撞等離子體產(chǎn)生的特殊性及等離子體在碰撞條件下表現(xiàn)出來(lái)的不同特征尚缺少系統(tǒng)研究。本論文工作主要著重于研究碰撞等離子體產(chǎn)生的物理過(guò)程中區(qū)別于無(wú)碰撞等離子體的一些特殊性質(zhì)，以及碰撞條件下等離子體表現(xiàn)出的不同特征。論文介紹了碰撞等離子體中的一些基本概念、

3、性質(zhì)和碰撞等離子體的應(yīng)用，并著重介紹了碰撞條件下束流產(chǎn)生等離子體及射頻耦合等離子體(ICP)的研究現(xiàn)狀。我們用基于蒙特卡羅(Montecarlo)方法的ECS4軟件對(duì)近大氣壓條件下電子束產(chǎn)生等離子體的密度、分布參數(shù)進(jìn)行了細(xì)致研究，并將結(jié)果與基于流體模型方法得到的結(jié)果進(jìn)行了比較。研究表明電子束產(chǎn)生等離子體的區(qū)域只與電子束的射程有關(guān)，并且在一定工作條件下這個(gè)射程與氣壓之間具有良好的線性反比關(guān)系。由于強(qiáng)碰撞條件下的等離子體局域性質(zhì)，我們可以?xún)H

4、依據(jù)空間分辨的束電子能量分布給出等離子體密度的空間分布。盡管空間負(fù)電荷的堆積將會(huì)使得空間電場(chǎng)迅速增大，從而影響等離子體的行為。然而等離子體在宏觀上仍表現(xiàn)出具有穩(wěn)定性和可預(yù)測(cè)性。對(duì)于中等氣壓下射頻耦合放電的研究表明，在射頻耦合等離子趨膚層以外的無(wú)英文摘要AbstractPlasmaisacombinationofelectricalparticlesUsually，thereexistabundantcollectivebehaviors

5、andnonlinearphenomenainplasma，leadingtotheintensiveconditiondependentpropertyofplasmastatusThispropertylimitstheappli—cationsofplasmatoagreatextentWhereas，whenelectronneutralcollisionalfrequencybeniscomparativetoorlarger

6、thanplasmafrequency吻e，collectivebe～haviorofplasmacharacterizedbyplasmafreqplasmatendtobehydrokinetic，andwecallituencycollisiisrestrictedjandpropertyofonalplasmainthissituationForitswideapplicationsinsemiconductor，lightin

7、g，andmaterielprocessingindus—tryespeciallyforitsabsorbingabilitytoelectro—magneticwave，whichiscrucialinmilitarytechnologycollisonalplasmabecomesoneofthemostactiveresearchingarearecentlyMostoftheresearchesconcernmainlyabo

8、uttheinteractionbetweenplasmaandelectro—magneticwave，whilefewhasbeenattributedtotheparticularpropertiesofcollisionalplasmaproductionTheemphasisofthisthesisisputontheparticularphysicalpropertiesofcolli—sionalplasmaproduct

9、ionandtheuniquecharactersofplasmaincollisionregionBasicconcepts，propertiesanduniversaltopicsofcollisionalplasmahavebeenpresentedandresearchstatusofcollisionalplasmaincludingbeamgenerated—plasmaandinductivelycoupledplasma

10、(ICP)havebeenintroducedMethodsofEGS4(whichisaMontecarlobasedcode)hasbeenappliedtosim—ulatethebeam—generatedplasmaandtheresultswascomparedtothatofhydrodynamicsimulationTheresultsindicatethatplasmaregionisdeterminedmainlyb