N2-Ar��Ƶ�ŵ���浪���ĵ�����������ģ��

N2-Ar射频放电等离子体广泛应用于微电子工业的刻蚀、氮化物薄膜的制备及金属表面氮化等技术领域。开发了N2-Ar混合气体容性耦合射频放电PIC/MC自洽模型,模型主要描述了e-,N2+,N+,Ar+等主要带电粒子的行为分布。等离子体的碰撞过程分别考虑了带电粒子(e-,N2+,N+,Ar+)与基态中性N2分子和Ar原子的21种碰撞反应过程。模拟结果表明,在纯N2及N2-Ar混合气体容性耦合射频放电中,各种带电粒子的数密度都在等离子体区达到最大值,且氮分子离子为主要粒子;在N2容性耦合射频放电中,加入10%氩气时,N+平均能量有所增加,在射频电极处两种氮离子(N2+,N+)高能粒子所占比例增加。本研究对认识N2-Ar射频放电等离子体过程微观机理具重要意义。     

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采用PIC-MC自洽模型,模拟了氮气电容性耦合射频放电的微观等离子体过程及带电粒子(e,N2+,N+)的行为。结果表明,离子(N2+,N+)的运动状态滞后瞬时射频电场的变化;在两极附近,N2+具较高密度,但能量较低,N+具较低的密度但能量较高,两者的密度差6倍左右。两种离子轰击射频电极的能量分布变化规律类似,随放电参数变化,离子(N2+,N+)能量变化显著,其密度变化不明显。模拟的电子能量几率分布与测量结果一致。     

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开发了氢气甚高频(60MHz)容性耦合放电的PIC/MC模型.在模型中考虑了带电粒子(e,H+,H2+,H3+)与H2的21种碰撞反应过程,模拟了氢气甚高频放电射频电场和电势分布以及电子和氢离子(H+,H2+,H3+)粒子密度和平均能量分布,并与频率为13.56MHz的放电结果进行了比较.结果表明,相对于频率13.56MHz的放电,氢气甚高频放电等离子体电势增高,导致两电极附近的电场增强;另外,两鞘层厚度变窄并且电子和H3+离子平均能量减小,其总密度却增加.H3+离子为氢气甚高频放电空间的主要离子,H2+离子密度比H3+离子小约2～3个数量级.     

大气压Ar／NH3介质阻挡辉光放电的仿真研究

为了研究火气压下氩气（Ar）中掺杂氨气（NH3）的Ar／NH3介质阻挡辉光放电的放电机理,通过建立一‘个多粒子的自洽耦合流体模型,采用有限元方法进行数值计算,得到了气体间隙压降、介质表面电荷密度、放电电流密度随时间的周期变化波形,以及带电粒子、中性粒子与空间电场强度的时空分布．仿真计算结果表明：气体间隙的周期击穿过程主要由气隙电压控制,并受气隙两侧介质极板上积聚的表面电荷的影响．气隙间带电粒子密度和电场强度的时空分布表明本文的放电过程存在阴极位降区、负辉区、法拉第暗区、等离子体正柱区等辉光放电的典型区域,放电模式为大气压辉光放电．在Ar/NH3等离子体中,主要的正离子为NH＋,其次为Ar2＋,主要的负离子为NHi：NH3分解产生的主要的激发态分子为NH,NH2和N2H3,而最终的稳态产物主要是N2和H2．     

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     

氮直流辉光放电活性粒子(N~+,N)的产生率

在氮直流辉光放电等离子体中采用快电子和离子(N+2,N+)混合的蒙特卡罗模型,模拟研究了e+N2→N+ N+N+2e e和N+2+N2→N++N+N2过程中粒子(N+,N)产生率的轴向分布随放电参数(工作气压、放电电压和温度)的变化规律。结果表明:两种离解过程中氮活性粒子(N+,N)的产生率都随气压和电压的增加而增大,随放电气体温度的升高而降低;但N+2-N2离解碰撞主要发生在阴极附近。电压较高时,阴极处的离子N+主要由N+2-N2离解过程产生;电压较低时,N+2-N2离解过程可忽略。中性原子N主要由电子碰撞离解过程产生。     

大气压氩气介质阻挡辉光放电的一维仿真研究

为了研究氩气(Ar)中介质阻挡大气压辉光放电(APGD)的放电机理, 通过建立一个一维的多粒子自洽耦合流体模型, 采用有限元方法进行数值计算, 得到了气体间隙压降、介质表面电荷密度、放电电流密度随时间的周期变化波形, 以及电子、离子、亚稳态粒子密度和空间电场强度的时空分布. 仿真计算结果表明：介质表面积聚的电荷对于放电的过程的起始及熄灭具有重要作用;当增大外施电压时, 放电击穿时刻提前, 放电电流密度和介质表面电荷密度峰值增大, 表明放电过程更加剧烈;随着阻挡介质相对介电常数的增大, 放电电流密度也随之增大. 各粒子密度及电场的时空分布表明放电过程在外施电压半个周期中只有一次放电, 且存在明显的阴极位降区、负辉区、等离子体正柱区等辉光放电的典型区域, 为大气压辉光放电(APGD).     

N2���������ŵ���΢���������ŵ�ת���PIC/MCģ��

开发了氮空心阴极放电PIC/MC二维自洽模型。研究了N2传统空心阴极向微空心阴极放电转变过程中电势和电场的变化。结果表明,不同尺寸的空心阴极放电的电势及电场分布规律几乎类似,但空心阴极孔径减小且气压增加时,电场近似线性增加;典型微空心阴极电场比传统空心阴极放电电场约大3个量级;微空心阴极放电产生的电子,氮分子离子和氮原子离子的密度比传统空心阴极放电约大3个量级,且微空心阴极放电中,N2+密度比N+密度大8倍以上。     

N_2空心阴极放电向微空心阴极放电转变的PIC/MC模拟

开发了氮空心阴极放电PIC/MC二维自洽模型。研究了N2传统空心阴极向微空心阴极放电转变过程中电势和电场的变化。结果表明,不同尺寸的空心阴极放电的电势及电场分布规律几乎类似,但空心阴极孔径减小且气压增加时,电场近似线性增加;典型微空心阴极电场比传统空心阴极放电电场约大3个量级;微空心阴极放电产生的电子,氮分子离子和氮原子离子的密度比传统空心阴极放电约大3个量级,且微空心阴极放电中,N2+密度比N+密度大8倍以上。     

微空心阴极放电的流体模型模拟

采用流体模型研究了微空心阴极放电(MHCD)的特点，对放电中电场的形成，电子和离子的密度分布，电子能量分布进行了数值模拟.该计算是针对高气压，圆筒形阴极结构下的He放电.结果表明放电中存在空心阴极效应，从电子能量分布可以看出，放电中存在高能电子，放电空间的电场分布主要表现为径向电场.此外，通过改变气压，阴极孔径等参数计算出它们对放电的影响.分析表明减小孔径有利于负辉区更充分的重合.提高气压将缩短阴极位降区. 关键词： 微空心阴极放电 流体模型     

磁控溅射辉光放电特性的模拟研究

采用二维、自洽的PIC/MCC (particle-in-cell with Monte Carlo collision) 方法,模拟了磁控溅射辉光放电过程, 重点讨论了工作参数对放电模式和放电电流的影响. 模拟结果表明, 当工作气压由小到大或空间磁场从强到弱变化时, 放电模式会从阴极空间电荷主导的放电模式过渡到阳极空间电荷主导 的放电模式.在过渡状态,对应的工作气压与磁通密度分别为0.67 Pa和0.05 T; 随着工作气压的增大,放电电流先增大后趋向平衡,当工作气压超过2.5 Pa时,电流开始随工作气压的增大而减小; 而阴极电压增大时,放电电流近似线性增加.     

电子回旋共振放电电离特性的PIC/MCC模拟

A theoretical and computational model is presented to study the ionization of the argon electron cyclotron resonance(ECR)microwave discharge using a quasi-three-dimensional electromagnetic particle-in- cell plus Monte Carlo collision method.The interaction between the charged particles and microwave fields are described by the electromagnetic mode of particle-in-cell method.The collision processes are treated with Monte Carlo method.The simulation code is the original work.The results of the particle simulation for the ECR discharge of argon gas which include the microscopic features of charged particles and the electromagnetic characteristics of the ECR discharge plasma,and also the transient phenomena have been presented.     

离子(N2+, N+)在氮辉光放电等离子体光辐射中的作用

采用氮辉光放电等离子体电子与重粒子综合的Monte Carlo模型,研究了离子(N2+,N+)与氮分子碰撞产生光辐射的强度分布及其 在氮辉光放电等离子体光辐射中的作用。两种离子产生的各种碰撞激发和辐射都分布在鞘层区内,光辐射强度向阴极方向逐渐 增加,且总强度随放电电压增加而增强。相对于电子产生的碰撞激发辐射,离子(N2+,N+)引起的辐射在阴极附近引起次最大 光强,且原子离子N+的作用较分子离子N2+大。当电压较低时,离子(N2+,N+)引起的辐射可以忽略。模拟结果很好解释了两 种典型的N2辉光放电光学发射谱的实验结果,为等离子体诊断研究中的光谱数据分析提供参考。     

Particle-in-cell/Monte Carlo simulation of radio frequencySiH4/H2 discharges

In this paper we report on a study of SiH₄/H₂ radio-frequency discharges using the particle-in-cell/Monte Carlo (PIC/MC) method. A special procedure based on the rate balance for negative ions has been developed to speed up the simulation for this kind of electronegative discharge. The electron energy distribution function and the angular and energy distribution function of ions arriving at the substrate have been studied at different discharge settings (frequency, pressure, voltage, and power). The simulations show that the electrons are heated ohmically, so the average electron energy can be increased only by increasing the voltage. A high radical density, a high and more directional ion flux, and a low average ion energy can be obtained by a combination of a high frequency and a low RF voltage. The behavior of the dissociation rate with the discharge parameters is consistent with the experimentally observed consumption of SiH₄. The simulated ion energy distribution functions are in good agreement with experimental results     

潘宁源放电的全三维电磁粒子模拟/蒙特卡罗碰撞数值算法研究

深入研究潘宁放电的物理机制, 研制了全三维高品质算法粒子模拟软件(PIC), 设计并添加了相应物理情景的蒙特卡罗碰撞模块(MCC), 并对电子、氢分子离子(H₂⁺)、氢正离子(H⁺)、氢三正离子(H₃⁺)同时进行了跟踪, 成功研制了全三维电磁PIC/MCC数值算法. 结合国内研究较热的潘宁放电模型, 对该算法进行模拟验证. 模拟结果显示: 采用有效的滤波算法能抑制电磁数值噪声, 电子能量呈麦克斯韦分布, 由于电子的径向漂移和加速导致离子源顶端H₂⁺产量较大. 关键词： 潘宁离子源 高品质算法 粒子模拟/蒙特卡罗     

JAERI 10 A 离子源体积产生效率数值优化

阐述了拥有自主知识产权的粒子模拟-蒙特卡罗算法, 采用该算法数值研究了JAERI 10 A多峰离子源放电特性, 并分析主要放电参数(气压、放电电极位置、过滤磁场大小、放电电压等)对体积产生率的影响. 模拟结果显示: 为了得到高体积负氢离子产量, 过滤磁场不宜太大, 放电电压不宜太小, 而应该适当选取过滤磁场和放电电压, 主要通过同时调节气压和放电位置来实现离子源优化.     

N2介质阻挡放电中有效电场的光谱测定

采用蒙特卡罗方法，模拟了N2非平衡态直流放电等离子体过程。计算了不同E／N条件下电子在氮气中的漂移速度，结果与实验数据符合得很好。模拟了电子激发态粒子数随E／N的变化关系。提出在介质阻挡放电研究和应用中，通过监测两条紫外谱线145和201nm强度之比来监测有效电场的方法。     

基于负氢离子源的全三维PIC/MCC模拟算法研究

在分析负氢离子源中等离子体物理机理基础下, 研究并优化粒子模拟算法, 设计高效的粒子存储方法. 研究并运用粒子碰撞蒙特卡罗方法, 考虑等离子体势以及带电粒子间库仑碰撞, 研制了全三维粒子模拟/蒙特卡罗算法(PIC/MCC). 采用磁荷模型, 运用时域有限差分方法计算多峰磁场, 并结合国外负氢离子源JT-60U, 考虑负氢离子源中主要反应, 对全三维PIC/MCC模拟算法模拟验证.