基于PIC-MCC的微等離子體模型數(shù)據(jù)仿真.pdf

1、微等離子體放電特性，近年來受到國際上的廣泛關(guān)注。由于放電空間尺寸很小，放電氣體的壓強接近大氣壓，微等離子體器件表現(xiàn)出不同于常規(guī)等離子體放電器件的特性。近年來作為一種新型放電發(fā)光器件受到國際上的廣泛關(guān)注。然而，由于工藝條件的限制，微等離子器件的尺寸無法任意改變，同時在制作過程中的諸多因素都會影響到器件的一致性。為了深入了解器件放電過程中的細節(jié)，節(jié)省器件制作時間和排除器件制作的影響因素，因此數(shù)值仿真將發(fā)揮重要的作用。設(shè)定初始的放電介質(zhì)條件下

2、，研究不同外界加載電壓、不同氣壓的改變，對放電介質(zhì)內(nèi)微等離子體的特性。使用到了UNIPIC放電系統(tǒng)，詳細介紹了該系統(tǒng)的設(shè)計原理，放電過程的傳統(tǒng)形式，以及它所具有的特點。以及微等離子體放電使用的PIC-MCC碰撞模型。
　　本研究發(fā)現(xiàn)：基于PIC-MCC的粒子模型，在350Torr大氣壓環(huán)境下，在不同的外界電壓環(huán)境下，電子密度隨著時間的變化，是先增加后減少的。在放電介質(zhì)內(nèi)，電子密度最大值隨著電壓的增加，出現(xiàn)的時間越來越快，產(chǎn)生的電子

3、密度越來越大。但是在400V之后會出現(xiàn)一個相對穩(wěn)定的時期，電子密度最大值出現(xiàn)的時間，不在變化，但是電子密度的數(shù)值越來越大，斜率能夠達到360.19，變化趨勢比較快。電子密度的變化，實質(zhì)代表的是電流的變化。在整個電子密度隨時間的變化過程中，可以看出在整個放電模擬過程中，存在著兩次放電。在350Torr的大氣壓環(huán)境下，外界電壓在240V是沒有二次放電的。在其他電壓下，出現(xiàn)的臺階平緩處是為二次放電做準備的。隨著電壓的增加，準備的時間在縮短，當

4、達到400V是，趨于10ns，不會隨著電壓的增加而改變。在微等離子體的電子密度變化研究中，發(fā)現(xiàn)在放電介質(zhì)內(nèi)部，電子密度峰值時刻的分布情況。電子密度在放電介質(zhì)中，電子密度的分布情況是，從陽極到陰極是先增加后減少的。在放電介質(zhì)內(nèi)部所占得面積，越來越大。在陽極附近，電子密度明顯減少。在不同氣壓、不同電壓下，水平電場E1、垂直電場E2初始值都不是0。垂直電場E2的變化范圍明顯要比水平電場E1大。隨著加載電壓的增加，水平電場E1、垂直電場E2電場

5、開始變化的時間都趨于10ns;最大值出現(xiàn)的時間都趨于20ns。電場數(shù)值是不隨著氣壓的增加而增加，只會隨著外界電壓的增加而增加。電場出現(xiàn)的時間與最大值出現(xiàn)時間，隨著氣壓的增加而縮小的。電子密度最大值隨氣壓的增加而增長。在改變大氣壓環(huán)境下，500Torr與760Torr環(huán)境下，最大值出現(xiàn)的時間，是先增加后減少的;在350Torr與1100Torr環(huán)境下，最大值出現(xiàn)的時間越來越快。離子密度最大值隨氣壓增加也是發(fā)生變化的。當外界電壓小于360V

6、之后，350Torr環(huán)境下離子密度的最大值是最大的;當外界電壓大于360V之后，隨著氣壓的增加離子密度最大值，也隨著增加。在不同氣壓、不同電壓下，水平電流I1、垂直電流I2出現(xiàn)的時間都是在1100Torr環(huán)境下最早的，最終時間趨于10ns。在微等離子體放電過程中，隨著電壓的增加，電子密度、離子密度、電場強度、電流大小的出現(xiàn)時間與對應(yīng)的數(shù)值都是先增加后減少的。但是氣壓在放電過程中不會產(chǎn)生類似變化，水平電場與垂直電場的大小不隨著氣壓的增加而