混合离子束阴极真空弧等离子体鞘层特性

基于无碰撞模型,建立了混合离子束阴极真空弧等离子体鞘层动力学模型,给出了解析表达式。针对材料改性中应用的H-Ti混合离子束,模拟计算了鞘层厚度和靶表面电场强度分别随离子密度和偏置靶压的演变规律。针对实际应用中出现的鞘层击穿和离子束散焦现象进行了理论分析,发现离子束稳定工作区域强烈依赖于离子密度和偏置靶压等参数,降低离子密度和提高靶压会增加稳定工作区域范围。     

等离子体源离子注入鞘层时空演化的研究

本文使用流体动力学模型，研究了平板、柱形和球形靶的无碰撞及碰撞等离子体鞘层的时空演化，得到了鞘层边界演化、靶表面的离子注入电流密度和离子注入平均动能等参量。     

介质靶表面的充电效应对等离子体浸没离子注入过程中鞘层特性的影响

针对等离子体浸没离子注入技术在绝缘体表面制备硅薄膜工艺，采用一维脉冲鞘层模型描述介质靶表面的充电效应对鞘层厚度、注入剂量及靶表面电位等物理量的影响.数值模拟结果表明：随着等离子体密度的增高，表面的充电效应将导致鞘层厚度变薄、表面电位下降以及注入剂量增加，而介质的厚度对鞘层特性的影响则相对较小. 关键词： 等离子体浸没离子注入 脉冲鞘层 绝缘介质 充电效应     

碰撞参数对磁化电负性等离子体鞘层结构的影响

数值研究了离子马赫数的取值和碰撞参数对由热电子、热负离子和冷正离子构成的磁化电负性等离子体鞘层结构的影响.通过理论推导得到了鞘层模型的玻姆判据的表达式,并得到了不同离子马赫数情况下鞘层的正离子密度分布和净电荷分布曲线,还进一步得到了几个不同碰撞参数下鞘层的带电粒子密度、净电荷以及电势分布曲线.结果表明:离子马赫数取值不同对应不同的鞘层结构;碰撞使鞘层中正离子密度增加,使电子密度更快减小到零,对负离子密度分布影响不明显;碰撞使净电荷密度的峰值幅度增加并向鞘层边缘移动,使鞘层中电势值升高并使鞘层厚度减小.     

等离子体源离子注入球形靶的蒙特-卡罗模拟

建立了在球形靶鞘层中离子的蒙特-卡罗模拟模型,考虑了离子与中性粒子的电荷交换碰撞和弹性散射,以及精确依赖于入射离子能量的电荷交换碰撞截面和动量输运截面。模拟了不同气压下,在鞘层扩展过程中,氮离子N_2~+到达靶表面的能量分布和入射角分布,研究了它们的变化规律。     

等离了体源离子注入球靶的蒙特—卡罗模拟

建立了在球形靶鞘层中蒙特－卡罗模拟模型，考虑了离子与中性粒子的电荷交换碰撞和弹性散射，以及精确依赖于入射离子能量的电荷交换碰撞截面和动量输运截面。模拟了不同气压下，在鞘层扩展过程中，氮离子Ｎ＾＋２到达靶表面的能量分布和入射分布，研究了它们的变化规律。     

电子发射对稳态等离子体鞘层影响的理论研究和数值模拟

 建立了一套非线性自洽的流体力学方程组,研究了电子发射对稳态等离子体鞘层的影响,并分别考虑了发射电子及离子同中性原子的弹性和非弹性碰撞过程。数值结果表明：发射电子的初始束流密度及中性气体密度是描述鞘层空间演化的两个最关键的物理量,特别是发射电子的存在使得鞘层厚度变薄。     

有限尺寸方靶等离子体离子注入动力学的三维粒子模拟研究

采用三维粒子模拟模型研究了有限尺寸方靶等离子体浸没离子注入过程中的鞘层动力学行为,得到了鞘层尺寸和方靶表面的注入剂量、注入能量以及注入角度等信息,并与二维无限长方靶注入结果进行了对比.模拟结果表明,与无限长方靶不同,有限尺寸方靶周围鞘层很快扩展为球形,但鞘层厚度明显减小.在模拟的50ω^-1_pi时间尺度内靶表面注入剂量很不均匀,中心区域注入剂量最小,四个边角附近位置注入剂量最大.这种剂量不均匀性是由于鞘层扩展为球形,使得鞘层内离子被聚焦并注入到边角附 关键词： 等离子体浸没离子注入 数值模拟 三维粒子模拟 有限尺寸方靶     

碰撞对非对称射频鞘层特性的影响

对于大多数活性射频等离子体刻蚀工艺，由于放电室中两个电极的面积不等，使得两个电极附近的等离子体鞘层是非对称性的.考虑离子与中性粒子的碰撞效应，建立了一种描述这种非对称射频鞘层动力学特性的自洽动力学模型.数值结果显示碰撞效应对极板上的瞬时电压降、瞬时电子鞘层厚度、鞘层内的离子密度和动能的空间分布以及两个极板上电压之差等物理量的影响. 关键词： 射频鞘层 非对称电极 碰撞效应 离子     

碰撞对两种正离子的电负性磁鞘影响的数值研究

建立包括两种正离子的电负性磁鞘的流体模型,利用四阶龙格库塔法数值求解描述一维稳态等离子体鞘层的方程组,考察离子与中性粒子碰撞对一维稳态等离子体鞘层的影响.结果表明:鞘边Ar+与He+的含量比值与碰撞参数对离子马赫数的取值范围都有影响.鞘边负离子含量越少,碰撞对鞘层中带电粒子密度的影响越明显.并且随碰撞参数的加大,鞘层中电子、负离子的密度下降越快,两种正离子的密度则呈现不同的波动变化.鞘边负离子含量越多,碰撞对鞘层中两种正离子的速度影响就越明显.此外,碰撞参数越大对鞘边δ越大的鞘层中的带电粒子密度影响越大.     

PSII技术中考虑靶表面二次电子发射的等离子体鞘层演变

本文建立了ＰＳＩＩ技术中靶表面有二次电子发射的等离子体鞘层演变平板模型。在某些简化下，对随时间变化的鞘层边界位置和速度作了计算。计算表明，靶表面二次电子发射对鞘层演变影响很小，可忽略不计，这跟实验是相符的。     

表面凹陷对等离子体浸没离子注入均匀性的影响

利用二维流体模型和数值计算方法模拟了等离子体浸没离子注入（ＰⅢ）Ｋ ,具有圆弧凹槽的平面靶周围的鞘层扩展情况,计算了鞘层扩展过程中的电热分布、离子速度和离子密度变化获得了沿靶表面的离子入射角度和注入剂量的分布情况,为等离子体浸没离子注入处理复杂形状靶提供了理论基础。     

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基于OOPIC软件，对平面直流磁控溅射放电等离子体进行了二维自洽粒子模拟，重点研究了磁场、阴极电势和气压等工作参数对磁控放电特性的影响。模拟发现，在一定的工作参数范围内，随着磁场的增强，鞘层厚度变窄，鞘层电势降减小，阴极离子密度增大，但是分布变窄；随着阴极电势的增加，鞘层厚度稍微变窄，鞘层电势降增大，阴极离子密度增大，分布变宽；随着气压的升高，鞘层厚度基本不变，鞘层电势降会增大，阴极离子密度先增大后减小，分布略微变宽。     

圆形复合式磁控溅射阴极设计及其放电特性模拟研究

基于二维有限元算法使用COMSOL软件对圆形复合式磁控溅射阴极的磁场进行了计算,结合Matlab优化工具箱分别采用遗传算法和模拟退火算法对圆形复合式磁控溅射阴极的结构进行优化,得到靶材利用率达到最大的最优结构.对得到的最优化磁控阴极,基于自洽粒子模拟方法,使用VSim软件对不同工况下的放电特性进行了模拟.研究发现随着磁场非平衡度的增加,阴极表面电势降落最大的位置和等离子体聚集的位置,沿着阴极表面外沿不断向阴极中心移动,阴极表面磁场的强度不断减小.随着磁场非平衡度的增加,等离子体密度先增加后减小,鞘层厚度先减小后增加,等离子体的密度和鞘层厚度不仅与磁场非平衡度有关,而且与磁场强度有关.最后根据粒子模拟的结果,对复合式磁控阴极的靶材刻蚀深度进行了研究.研究发现,在优化前后靶材的刻蚀范围从60 mm扩展至整个靶面,极大地提高了靶材利用率.     

负离子对等离子体鞘层特性影响的数值研究

构造强电负性等离子体中平板电极处鞘层形成的模型,使用流体动力学方程组研究等离子体鞘层.得到空间电势、空间静电荷分布和鞘层宽度作为距离函数的数值结果.结果表明,强电负性鞘层中,在等离子体区和鞘层区之间几乎没有过渡的预鞘区,在靠近极板附近鞘层里的电子、负离子和正离子的分布形成一个纯正离子鞘区.在靠近鞘边附近,空间静电荷密度分布有一个很尖的峰.发现同电正性情形相比,强电负性鞘层的宽度要窄很多,空间电势下降得快得多.     

激光固体靶相互作用产生正电子的模拟研究

采用Monte Carlo程序Geant4对激光固体靶相互作用正电子产生进行了研究。研究了超热电子能量分布函数对正电子产生的影响,结果表明采用不同的分布函数,最多可致正电子产额约3倍的差异,分布函数的最大截止能量在30 MeV以上时正电子产额趋于饱和。研究了正电子产生与超热电子发散角的关联,结果表明发散角模型对正电子产额影响不大,而正电子角分布对超热电子发散角较为敏感,且靶背鞘场对正电子发散角的减小贡献巨大。模拟结果显示靶厚度的增加可导致正电子发散角的增大,而当靶厚度超过2mm时,发散角基本保持不变。此外,模拟了超热电子发散角、靶厚度及靶背鞘场对正电子电子份额比及正电子γ份额比角分布的影响。     

Laser-induced ion acceleration at ultra-high laser intensities

Ion acceleration by ultrashort laser pulses of very high intensities of the order 10²²?W/cm² is studied by two-dimensional Particle-In-Cell simulations. We show that laser normal incidence is preferred for such high intensities. For linearly polarized laser radiation, higher maximum proton/ion energies are achieved than for circular polarization. For linear polarization, the transition from the target normal sheath acceleration to the acceleration on the target front side by the radiation pressure is analyzed in detail. The transition intensity is increasing with the target thickness. The radiation pressure dominated regime leads to considerably higher number of accelerated protons and thus to a higher acceleration efficiency.     

强激光与双锥靶作用加速准单能质子束

提出了一种新型的双锥靶结构用于准单能质子束加速。利用二维PIC粒子模拟程序研究了强激光与双锥靶作用加速产生质子束的物理过程以及质子束品质。双锥靶产生的质子束在峰值能量和发散角度等方面都明显优于相同激光条件下单锥靶和平面靶的结果。尤其与平面靶相比,双锥靶质子束的峰值能量提高了5倍以上,而且很好地保持准单能性。一方面双锥靶的内锥部分是临界密度材料,提高了激光的吸收效率;另一方面双锥靶内形成了更强的准静态磁场,可以约束引导更多的超热电子传输过锥尖,进而增强加速质子束的鞘层电场。     

薄膜-泡沫复合平面调制靶的制备

利用浇注法制备了具有正弦波调制图纹的溴代聚苯乙烯薄膜,并在此基础上将低密度聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)泡沫溶胶浇注在薄膜调制图纹的表面,从而得到了薄膜-泡沫复合平面调制靶样品。较为详细的讨论了具有正弦波调制图纹的复合平面调制靶的制备方法并通过台阶仪、显微镜观测了薄膜表面条纹的起伏以及薄膜-泡沫截面的复合情况,实验结果发现,采用此种方法得到的复合平面调制靶样品,其薄膜厚度、泡沫密度易于控制,薄膜、泡沫调制界面清晰,易于微靶的加工与装配。