氢原子谱线与高质量金刚石薄膜

采用蒙特卡罗方法,对以CH₄/H₂混合气体为源气体的电子助进热丝化学气相沉积(EACVD)中的氢原子发射过程进行了模拟。在模拟中考虑了电子与H₂的弹性碰撞及振动激发、分解、电子激发(包括H_α, H_β, H_γ谱线的激发)、电离及分解电离等非弹性碰撞过程;与CH₄的碰撞考虑了弹性动量传输及振动激发、分解、电子激发、分解激发(包括H_α, H_β, H_γ谱线的激发)、电离及分解电离等非弹性碰撞过程。研究了不同实验条件下产生的H, CH₃的数目与氢原子谱线相对强度的关系,给出了一种利用氢原子谱线来获得最佳成膜实验条件的方法。对于有效控制工艺条件,生长出高质量的金刚石薄膜具有重要意义。     

氢原子谱线测定EACVD中电子平均温度

采用蒙特卡罗方法,对以CH₄/H₂混合气体为原料气体的EACVD中氢原子的发射过程进行了模拟。在模拟中考虑了电子与H₂的弹性碰撞及振动激发、分解、电子激发、相应于H_α, H_β, H_γ谱线的激发、电离及分解电离等非弹性碰撞过程;与CH₄的碰撞考虑了弹性动量传输及振动激发、分解、电子激发、电离及分解电离等非弹性碰撞过程。研究了不同CH₄浓度下基片表面上电子平均温度与氢原子谱线相对强度的关系,给出了一种对EACVD中电子平均温度进行实时监测的方法。对于有效控制工艺条件,生长出高质量的金刚石薄膜具有重要意义。     

激光诱导等离子体碘甲烷裂解动力学过程

采用色散荧光谱和时间分辨光谱方法，研究了532nm强激光场诱导等离子体作用下碘甲烷分解动力学过程。通过对所得色散荧光谱归属，确定了碘甲烷分解的主要荧光产物粒子：CH3I+、CH3、CH2、CH、C、H、C+、C2+、I+、I2+；通过时间分辨光谱分析，讨论了荧光产物粒子的形成动力学机理，归结出了碘甲烷分解所经历的主要过程为“共振多光子激发电离→CH3I+解离→库仑爆炸脱氢→电子碰撞激发或电离→次级碰撞电离”的物理过程。所得结果将对其他多原子分子的强激光场作用下激光诱导等离子体分解动力学过程的研究具有参考价值。     

激光诱导等离子体碘甲烷裂解动力学过程

采用色散荧光谱和时间分辨光谱方法,研究了532 nm强激光场诱导等离子体作用下碘甲烷分解动力学过程.通过对所得色散荧光谱归属,确定了碘甲烷分解的主要荧光产物粒子:CH3I 、CH3、CH2、CH、C、H、C 、C2 、I 、I2 ;通过时间分辨光谱分析,讨论了荧光产物粒子的形成动力学机理,归结出了碘甲烷分解所经历的主要过程为"共振多光子激发电→CH3I 解离→库仑爆炸脱氢→电子碰撞激发或电离→次级碰撞电离"的物理过程.所得结果将对其他多原子分子的强激光场作用下激光诱导等离子体分解动力学过程的研究具有参考价值.     

实验室光致电离等离子体中激发过程的研究

光致电离等离子体在宇宙中广泛存在于强辐射场附近. 近年来随着高能量密度实验装置的发展, 在实验室内也能构造出光致电离等离子体. RCF是一个基于The Flexible Atomic Code 数据的针对光致电离等离子体的辐射碰撞模型, 该模型模拟了两个光致电离实验, 其 理论结果中电离态分布和光谱与测量值符合得很好. 在理论模拟中发现, 光致电离等离子体中光致激发和碰撞激发过程对离子态布居和发射光谱都有非常重要的影响. 光致激发过程可以通过将离子激发到双激发态从而间接电离离子; 碰撞激发过程会因为电子将基态离子激发到电离截面小的单激发态而抑制光子对等离子体的电离. 光致激发过程可以加强类锂离子的类氦离子的卫线, 而碰撞激发过程会影响类氦离子谱线的线强之比.     

NO的多光子电离谱及跃迁通道的研究

本文对中间共振能级为A~2∑~+、F~2⊿、H~2∑和H’~3H态的NO四光子电离谱作了转动谱线标识及研究.提出了双共振及碰撞电离模型,以解释实验中出现的强度反常谱线.     

金等离子体M带谱3d→4f和3d→5f电子离子碰撞激发强度

电子离子碰撞激发强度在超组态碰撞辐射模型中真实模拟非局域热动平衡金激光等离子体M带谱跃迁中离子的平均电离度、电荷态分布和能级布居数等离子的电离态特性是必不可少的.基于全相对论扭曲波电子碰撞激发计算程序REIE06,系统计算了高离化态金离子(Au51+、Au50+、Au49+)精细结构能级3d→4f和3d→5f的碰撞强度,计算中详细考虑了电子关联效应和Breit相互作用对碰撞强度的影响.计算结果与可获得的其它理论及实验结果进行了比较,取得了好的一致性.     

电子回旋共振放电的电离特性PIC/MCC模拟(Ⅰ)——物理模型与理论方法

采用粒子模拟与蒙特卡罗相结合(PIC/MCC)的方法对电子回旋共振(ECR)放电中的电离过程进行了模拟，其中带电粒子与微波的相互作用由PIC方法的电磁模型描述，粒子间的碰撞过程由MCC方法描述.考虑的碰撞类型有电子与中性粒子的弹性、激发、电离碰撞，离子与中性粒子的弹性、电荷交换碰撞，碰撞截面均依赖于能量而变化.阐述了理论分析的过程，为数值模拟ECR放电奠定了基础. 关键词： 电子回旋共振放电 粒子模拟 蒙特卡罗 电离     

含振动能激发Boltzmann模型方程气体动理论统一算法验证与分析

为模拟研究高温高马赫数下多原子气体内能激发对跨流域非平衡流动的影响,将转动能、振动能分别作为气体分子速度分布函数的自变量,把转动能和振动能处理为连续分布的能量模式,将Boltzmann方程的碰撞项分解成弹性碰撞项和非弹性碰撞项,同时将非弹性碰撞按一定松弛速率分解为平动-转动能松弛过程和平动-转动-振动能松弛过程,构造了一类考虑振动能激发的Boltzmann模型方程,并证明了其守恒性和H定理.基于内部能量变量对分布函数无穷积分,引入三个约化速度分布函数,得到一组考虑振动能激发的约化速度分布函数控制方程组,使用离散速度坐标法,基于LU-SGS隐式格式和有限体积法求解离散速度分布函数,建立含振动能激发的气体动理论统一算法.通过开展高稀薄流到连续流圆柱绕流问题统一算法与直接模拟蒙特卡罗法模拟结果对比分析,特别是过渡流区平动、转动、振动非平衡效应对绕流流场与物面力热特性的影响机制,证实了所建立的含振动能激发的Boltzmann模型方程及气体动理论统一算法的准确可靠性.     

磁场对直流辉光放电阴极鞘层中电子输运过程的影响

采用MonteCarlo模拟方法研究了磁场对直流辉光放电阴极鞘层中电子输运过程的影响.磁场垂直于阴极鞘层中电场的方问.模型中,电子与中性粒子的碰撞过程有三种(弹性碰撞;激发碰撞和电离碰撞).电子的自由飞行步长由电子与中性粒子的碰撞频率来决定.计算了电子的密度分布,电子与中性粒子的非弹性碰撞速率,以及电子能量和电子通量分布等.结果表明,横向磁场能在一定程度上改变直流放电中电子的输运过程.磁场中电子与中性粒于的非弹性碰撞速率被增强,这一结果与实验结果符合较好.     

电子助进化学气相沉积金刚石中发射光谱的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗方法，对源料气体为CH4/H2混合气的电子助进化学气相沉积（EACVD）中 的氢原子(H)、碳原子(C)以及CH基团的发射过程进行了模拟.研究了CH4浓度、反应室气压 和衬底偏压等工艺参数对发射光谱及成膜的影响.研究发现，CH基团可能是有利于金刚石薄 膜生长的活性基团，而碳原子不是；偏压的升高可提高电子平均温度及衬底表面附近氢原子 的相对浓度；通过氢原子谱线可测定电子平均温度并找到最佳成膜实验条件.该结果对EACVD 生长金刚石薄膜过程中实时监测电子平均温度，有效控制工艺条件，生长出高质量的金刚石 薄膜具有重要的意义. 关键词： 蒙特卡罗模拟 金刚石薄膜 发射光谱     

EACVD中用氢原子谱线测定电子平均能量

采用蒙特卡罗方法，对EACVD中氢原子的发射过程进行了模拟。给出了由氢原子谱线测定电子平均能量的方法，结果对EACVD生长金刚石薄膜过程中实时监测电子平均能量，进而可以有效地控制工艺条件，生长出高质量的金刚石薄膜具有重要意义。     

紫外激光烧蚀Cu产生等离子体辐射特性

通过时间分辨的光谱测量技术,测定了308 nm XeCl紫外激光烧蚀金属Cu在氮气环境中诱导产生等离子体的发射光谱及其强度随时间分布,实验结果表明等离子体辐射光谱线主要由原子光谱线、一价离子光谱线及连续辐射背景光组成,各种光谱线的数目、辐射强度、持续时间不同。结合实验结果对等离子辐射机理进行了探讨,认为电子通过逆韧致辐射获得较高的能量,连续辐射主要来自高能电子的韧致辐射,原子和一价离子的激发主要是通过电子与原子、离子的碰撞传能以及电子与离子的复合产生,并用其定性地解释了所观察的实验现象。     

Electron behaviour in CH4／H2 gas mixture in electron-assisted chemical vapour deposition

The behaviour of electrons in CH_{4}/H_{2} gas mixture in electron-assisted chemical vapour deposition of diamond is investigated using Monte Carlo simulation. The electron drift velocity in gas mixture is obtained over a wide range of E/P (the ratio of the electric field to gas pressure) from 1500 to 300000 (V/m kPa^{-1}). The electron energy distribution and average energy under different gas pressure (0.1－20kPa) and CH_{4} concentration (0.5%－10.0%) are calculated. Their effects on the diamond growth are also discussed. It is believed that these results will be helpful to the selection of optimum experimental conditions for high quality diamond film deposition.     

激光烧蚀铜产生原子和离子光谱线的研究

通过测定Nd∶YAG脉冲激光烧蚀金属Cu诱导产生光谱线及其强度随时间与空间的分布,结果表明等离子体辐射光谱线由原子光谱线、离子光谱线及连续辐射背景光组成,Cu原子光谱线的数目不仅比离子光谱线多,而且辐射强度比离子光谱线的大,以连续辐射背景光的辐射强度为最弱；原子光谱线的发光范围最大,持续时间最长；离子光谱线发光范围中等,持续时间中长；连续辐射背景光的发光范围最小,持续时间最短.讨论了激光诱导发光的机理,认为等离子体羽中连续辐射背景光主要来自近靶处高能电子的韧致辐射和电子与离子的复合激发,原子和离子光谱线主要由等离子体中高能电子的碰撞传能激发所引起,并用之较好地解释了所观察的实验现象.     

Collisional and radiative processes with participation of highly excited states of atoms and molecules

A number of processes in which highly excited states of atoms and molecules participate are investigated. These processes are of interest for the kinetics of a low-temperature plasma, for atomic and molecular spectroscopy, and for astrophysics. A quasiclassical theory is developed for transitions between Rydberg states with change of the principal quantum number, and also for the processes of direct and associative ionization of highly excited atoms, which result from collisions between a neutral particle and its atomic core. The state of the inner electrons of a quasimolecular (molecular) ion is not altered by transitions of the outer electrons. Specific calculations are carried out for the case of the collision of hydrogen H(n) with helium He (1s²) atoms. It is shown that the cross sections and the rate constants of these processes are determined in this case by the mechanism investigated in the paper, and not by scattering of the Rydberg electron by the neutral particle. The cross sections for dipole excitation and dissociation of molecular ions from high vibrational energy levels by electron impact is calculated in the Born-Coulomb approximation. The cross sections and the rates of dissociative and three-particle attachment of electrons to ions are determined. The processes of autoionization and autodissociation decay of Rydberg states of vibrationally excited molecules are determined. Also investigated are radiative transitions near the dissociation limit of diatomic molecular ions and neutral molecules, viz., photodissociation and radiative decay of high vibrational levels, and photodissociation and translational (inverse-bremsstrahlung) absorption in collision of atomic particles.Translated from Trudy Ordena Lenina Fizicheskogo Instituta im. P. Lebedeva AN SSSR, Vol. 145, pp. 80–130, 1984.     

弱电离大气等离子体电子碰撞能量损失的理论研究

在前期计算电子能量分布函数的基础上, 求出弱电离大气等离子体中各碰撞反应过程的电子能量损失. 由于在弹性碰撞中电子-重粒子能量交换很少, 同时氮气、氧气分子又有很多能量阈值较低的转动、振动能级存在, 因此在大气等离子体中弹性碰撞电子能量损失所占份额很小(直流电场下小于6%). 研究发现, 弱电离大气等离子体中在不同能量区间占主导的能量损失过程不同. 随着有效电子温度(或约化场强)增加, 占主导的电子能量损失过程依次为转动激发、振动激发、电子态激发、碰撞电离、加速电离产生的二次电子. 在约化场强E/N=1350 Td (或有效电子温度为14 eV)附近, 平均电离一个电子所需的能量最小, 约为57 eV. 因此可以根据不同的需求调节电场强度, 从而达到较高的能量利用率. 关键词： 弱电离大气等离子体 碰撞反应过程 电子能量损失     

Plasma parameter diagnosis using hydrogen emission spectra of a quartz-chamber 2.45 GHz ECRIS at Peking University

A quartz-chamber 2.45 GHz electron cyclotron resonance ion source(ECRIS) was designed for diagnostic purposes at Peking University [Patent Number: ZL 201110026605.4]. This ion source can produce a maximum 84 m A hydrogen ion beam at 50 k V with a duty factor of 10%. The root-mean-square(RMS) emittance of this beam is less than 0.12π mm mrad. In our initial work,the electron temperature and electron density inside the plasma chamber had been measured with the line intensity ratio of noble gases. Based on these results, the atomic and molecular emission spectra of hydrogen were applied to determine the dissociation degree of hydrogen and the vibrational temperature of hydrogen molecules in the ground state, respectively. Measurements were performed at gas pressures from 4×10~(-4) to 1×10~(-3) Pa and at input peak RF power ranging from 1000 to 1800 W. The dissociation degree of hydrogen in the range of 0.5%-10% and the vibrational temperature of hydrogen molecules in the ground state in the range of 3500-8500 K were obtained. The plasma processes inside this ECRIS chamber were discussed based on these results.