低氣壓射頻氬氣輝光放電等離子體物理特性的數(shù)值研究.pdf

1、輝光放電等離子體工藝符合現(xiàn)代的環(huán)保工藝，而且設(shè)備費用和維護保養(yǎng)費用較低，因此它被廣泛應(yīng)用于微電子領(lǐng)域，比如等離子體刻蝕和薄膜沉積，半導(dǎo)體加工、化工、醫(yī)療以及環(huán)保等許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。在低氣壓條件下，輝光放電等離子體是比較容易產(chǎn)生的，因為相對于大氣壓或高氣壓放電而言低氣壓輝光放電的擊穿電壓較低，放電均勻且穩(wěn)定，并且不容易過渡到弧光放電或者絲狀放電。
　　由于等離子體要比非電離氣體復(fù)雜很多，至今，許多相關(guān)的內(nèi)部機制仍然未被完全了解，特別

2、是在電子加熱機制方面。為了提高低溫等離子體的應(yīng)用效率，因此很有必要對放電等離子體物理特性做深入、細致的研究。為此，基于漂移擴散近似理論，本文采用流體模擬的方法對低氣壓射頻氬氣輝光放電等離子體特性進行了較為系統(tǒng)的研究。
　　本文工作主要分兩部分來研究低氣壓下氬氣輝光放電現(xiàn)象。第一部分工作中，通過數(shù)值計算和分析，我們得到了等離子體基本宏觀物理量（電子密度，離子密度，等離子體溫度，電場，電勢）隨時間變化的空間分布。更重要的是，我們還得到

3、了電離率，電子凈能量的吸收，電子功率沉積以及電子能量轉(zhuǎn)移和耗散隨放電時間變化的空間分布。模擬研究的結(jié)果可以很好的引導(dǎo)實驗研究中各種參數(shù)的有效調(diào)節(jié)，對實驗研究的順利進行提供理論基礎(chǔ)。
　　電子加熱機制依賴于各種放電條件，比如氣體種類、氣體壓強、射頻電源的激發(fā)頻率和電勢、電極間距等。然而，作為輝光放電最重要的物理參數(shù)之一，二次電子發(fā)射系數(shù)γ對電子加熱機制的影響還沒有被詳細的研究過。因此，本文的第二部分工作就研究了γ對低氣壓射頻氬氣輝光

4、放電等離子體特性的影響。結(jié)果表明:當(dāng)γ越大時，放電達到穩(wěn)態(tài)所需要的射頻周期數(shù)越多，產(chǎn)生的等離子體密度也越大。隨著γ的增大，周期平均的電場、電勢和電子溫度的變化都不明顯。另外，當(dāng)γ從0.01增加到0.3，周期平均的電子凈能量吸收、電子功率沉積、電子能量轉(zhuǎn)移和耗散，以及電離率都有不同程度的增加。但是，電子能量耗散和電離率比較特殊，當(dāng)γ較大時，放電過程中在每個鞘層附近都會出現(xiàn)兩個峰值。在當(dāng)前模擬的放電條件下，即使γ很大，放電依然處于一個混雜的