圆柱形等离子体对微波散射的数值模拟与实验研究

模拟和实验研究了非均匀圆柱形等离子体及阵列对微波的散射作用。利用有限时域差分(FDTD)方法仿真得到了等离子体柱的密度、碰撞频率对微波传播系数的影响,并利用低气压放电产生的等离子体柱对微波的吸收和散射作用进行了验证。结果表明:电子密度中心高、周围低的非均匀等离子体柱可将微波散射至两个侧向;等离子体频率越大,散射的微波功率越强;增加碰撞频率使等离子体柱的微波散射功率减小、吸收增大。等离子体必须具有合适的密度,才能对微波反射产生较大影响。     

用发射探针降落法测量等离子体空间电位

介绍了一种用发射探针测量等离子体空间电位的方法——“降落法”，并利用这种方法测量了双共振腔ECR微波等离子体源的空间电位分布，从中得到该等离子体内部的一些电场信息。给出了不同微波功率和不同压强下Ar等离子体空间电位的分布情况。     

PSII系统中微波ECR等离子体的朗缪尔探针诊断

用朗缪尔探针对一个新颖的双谐振腔多功能PSII系统的微波ECR等离子体进行了诊断,得出了会切场中工作气体压强和微波功率对等离子体密度和电子温度的影响,及真空室内等离子体的分布。     

表面波型微波感偶低气压氦等离子体空间分辨光谱诊断

用光学多道分析仪考察了低气压表面波型微波感氦偶等离子体的发射光谱.经过阿贝尔(Abel)反演变换后,得到了在各种气压和微波功率下此等离子体光谱辐射光强和激发温度的空间分布及其变化规律.讨论了此等离子体的激发机理.推算了其中亚稳态原子的空间分布情况.     

常压微波等离子体炬的模拟及硫化氢处理

对常压微波等离子体炬装置及H2S废气的处理进行了研究。介绍了一种具有特殊喷嘴结构的微波等离子体炬装置,模拟了不同喷嘴结构下谐振腔中微波电场的强度及分布,在此基础上,进行了H2S废气处理的实验研究。结果表明:采用新型喷嘴结构在喷嘴尖端产生的电场强度和分布更利于等离子体炬的激发,微波功率为500 W时,喷嘴尖端处的电场强度在1.5×106 V/m以上,远大于氩气的击穿电场强度,能有效地激发等离子体炬;当H2S气体与Ar气体流量比为10∶90,总流量为1000mL/min,微波功率为1000 W时,H2S的转化率最大达91.32%;大气微波等离子体炬能有效地处理H2S废气。实验结果证明了模拟结果的正确性和装置的有效性。     

等离子体化学气相沉积氮化镓薄膜中的N2/TMG等离子体发射光谱分析

对电子回旋共振低温等离子体化学气相沉积工艺(ECR-PECVD)沉积GaN薄膜过程中的氮气和三甲基镓有机金属气体(TMG)混合气体等离子体发射光谱进行分析。结果表明TMG 在等离子体自加热条件下就发生离解,N₂/TMG混合气体ECR等离子体主要以Ga气体粒子和亚稳态氮分子为主。发射光谱特征谱线随微波功率变化分析表明：当微波功率高于400 W时,亚稳态氮分子浓度随着微波功率的增加而增加,而高激发态氮分子以及氮分子离子浓度却随着减少。     

微波输出窗内表面闪络击穿3维全电磁等离子体流体模拟北大核心CSCD

通过建立电磁场等离子体流体耦合物理模型,基于自主研发的3维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D,编制了3维电磁场与等离子流体耦合程序模块,对1.3GHz高功率微波窗内表面闪络击穿物理过程进行了数值模拟。研究结果表明:微波窗内侧表面形成的等离子体构型与初始种子电子分布形式密切相关。中心点源分布下,等离子体发展为"蘑菇"形状,输出微波脉冲缩短并不严重,等离子体吸收微波功率大于反射微波功率;面源分布下,等离子体发展为"帽子"形状,输出微波脉冲缩短严重,输出微波完全截断,开始阶段等离子体吸收微波功率占优,待等离子体密度增加到一定程度后,反射微波功率占优。通过降低窗体表面场强、表面释气率及初始种子电子密度等方法,可不同程度地延长输出微波脉冲宽度。窗体表面不同气体层厚度对闪络击穿下的输出微波脉冲宽度影响不大。     

放电功率变化对电磁波在电感耦合闭式等离子体中的衰减特性

射频电感耦合等离子体(ICP)放电方式能够在较宽的压强范围内产生大面积、密度高的等离子体,在对电磁波衰减应用中具有较大优势。通过研究ICP等离子体与电磁波相互作用的过程,改进闭式等离子体模型,建立电磁波在非均匀等离子体中传播的分层计算模型,对实测诊断分布情形下等离子体与电磁波的相互作用进行研究,得到不同功率条件下电磁波衰减的变化情况;提出射频电感耦合闭式等离子体用于电磁波衰减的方法并实验验证,基于等离子体覆盖金属平板的测量模型,在实验室内搭建了以金属板为衬底的弓形微波反射测试系统,研究了闭式等离子体对4～8 GHz频段范围内微波反射的作用特性,以及不同射频功率对微波反射的影响规律,并将实验测量与计算结果进行对比分析。实验表明,通过功率调节,电感耦合闭式等离子体对5.92～6.8 GHz频带电磁波具有明显的衰减作用。     

局域环境中微波等离子体电子密度诊断实验研究

为了研究局域真空环境中微波等离子体喷流电子数密度的分布规律及其影响因素,利用发射/郎缪尔探针测量等离子体的空间电位,再测量等离子体的电流-电压特性曲线,根据空间电位测量结果,在等离子体的电流-电压特性曲线上能准确地获取饱和电流,从而处理出电子数密度.最后的诊断实验表明：在有约束边界条件下,微波等离子体发生器以60 W以下的微波功率击穿流量范围是21—105 mg/s的氩气时,所产生的喷流中电子数密度分布在8.8×10¹⁴—7.53×10¹⁶/m^{3关键词： 等离子体诊断技术 等离子体基本过程 等离子体基本特性}     

电子回旋共振等离子体特性及其对生长氮化镓晶膜的影响

为了解并优化在电子回旋共振等离子体辅助化学汽相沉积GaN晶膜的工艺研究中的等离子体特性,利用朗缪尔探针及法拉第筒系统地测量了离子密度(N_i)、等离子体势(V_p)、电子温度(T_e)及离子流强(J_i)等多个等离子体参量随微波功率(P_w)及沉膜室气压(p)变化的关系.给出了在P_w＝850W,p＝0.22Pa时,上述等离子体参量的轴向及径向分布.GaN晶膜的生长速率、电学及晶体学性能 关键词：     

ANALYSIS OF DUAL FREQUENCY CONFINED CAPACITIVELY COUPLED PLASMA AT LOW POWER

Confined dual frequency hydrogen plasma discharge has been investigated with microwave interferometer method and radial profiles are taken by Abel inversion technique. Dual radio-frequency sources, operating at 27.12MHz and 1.94MHz, are coupled to each other through the plasma. 27.12MHz RF power is used to enhance plasma density and 1.94MHz power is used to enhance ion acceleration energy to the electrode. Radial density profiles has been taken for comparing the effects of low frequency source that the secondary RF source causes reduction in plasma density due to the sheath expansion. Instead radial density profile is assumed as flat by most of the models, there is about 2.5eV of potential drop occurs from centre to boundary at 40W of primary source power. It has been observed that increasing sheath width (increasing the secondary source power to primary source power) reduces the bulk plasma volume and makes potential profile flattening in y direction. While the high frequency power is dissipated by electrons in the bulk plasma; low frequency power is mostly dissipated by ions in the sheath region. Using both high and low frequency power, we may control plasma density and ion acceleration energy to the electrode simultaneously.     

真空中微波等离子体喷流电子数密度分布规律实验研究

为了准确诊断真空中微波等离子体喷流的电子数密度，利用统一的发射和单郎缪尔探针测量等离子体的空间电位，再测量等离子体的电流-电压特性曲线.根据空间电位测量结果，在等离子体的电流-电压特性曲线上能准确地获取饱和电流，从而处理出电子数密度.最后的诊断实验表明，当真空环境压强为2—6 Pa、等离子体发生器以60 W以下的微波功率击穿流量范围是42—106 mg/s的氩气时，所产生的微波等离子体喷流中电子数密度分布在1×10¹⁶—7.2×10¹⁶/m³范围内.     

电子回旋共振等离子体密度均匀性的数值研究

基于漂移扩散近似,在轴对称假设下,对电子回旋共振等离子体源腔室内的等离子体建立了二维流体模型.采用有限差分法对所建立的模型进行了自洽数值模拟,得到了等离子体密度均匀性随时间演化的数值结果.通过对数值结果的分析,研究了背景气体压强、微波功率和磁场线圈电流对等离子体密度均匀性的影响.研究表明,在电离初期,电子密度的均匀性好于离子密度的均匀性.在电离后期,离子密度的均匀性好于电子密度的均匀性.随着背景气体压强的增大,电子密度和离子密度的均匀性都在增加,且离子密度的均匀性增加的更快.随着微波功率的增大,电子密度和 关键词： 等离子体密度均匀性 背景气体压强 微波功率 磁场线圈电流     

双频容性耦合等离子体密度径向均匀性研究

利用自主研制的全悬浮双探针, 对影响双频容性耦合等离子体径向均匀性的因素进行了研究. 发现低频功率、放电气压和放电间距对径向均匀性有明显影响. 合适的低频功率、放电气压及较大的极板间距可以得到更均匀的等离子体. 采用与实验相同的放电参数, 利用改进的二维流体模型进行理论模拟, 得到了不同极板间距下径向离子密度分布, 并和实验测量结果进行了比较, 两者的变化趋势基本符合. 关键词： 双频容性耦合等离子体 径向均匀性 全悬浮双探针 二维流体模型     

Large area planar plasma sustained by surface microwave

In this paper, we show theoretically and experimentally that the large-area planar plasma with high density and good uniformity can be sustained by a surface microwave when the electron density is over-dense. From the experimental results we find that the nonuniformities in azimuthal plasma density and electron temperature have been greatly improved and in particular the nonuniformity is less than 10{\%} when the gas pressure is 30 Pa. By improving the antenna shape, enhancing the microwave power and choosing the appropriate gas pressure, the large area planar plasma with high density can be produced.     

相位角对容性耦合电非对称放电特性的影响

电非对称效应作为一种新兴技术,被广泛用于对离子能量和离子通量的独立调控.此外,在改善等离子体的径向均匀性方面,电非对称效应也发挥了重要作用.本文采用二维流体力学模型,并耦合麦克斯韦方程组,系统地研究了容性耦合氢等离子体中当放电由多谐波叠加驱动时,不同谐波阶数k下的电非对称效应,重点观察了相位角θ_n对自偏压以及等离子体径向均匀性的影响.模拟结果表明：在同一谐波阶数下,自偏压随相位角θ_n的变化趋势不尽相同,且当k增大（k>3）时,自偏压随最高频相位角θ_k的变化范围逐渐减小.此外,通过调节相位角θ_n,可以改变轴向功率密度和径向功率密度的相对关系,进而实现对等离子体径向均匀性的调节.研究结果对于利用电非对称效应优化等离子体工艺过程具有一定的指导意义.     

Time-resolved radial uniformity of pulse-modulated inductively coupled O_2/Ar plasmas

Time-resolved radial uniformity of pulse-modulated inductively coupled O_2/Ar plasma has been investigated by means of a Langmuir probe as well as an optical probe in this paper. The radial uniformity of plasma has been discussed through analyzing the nonuniformity factor β(calculated by the measured n_e, lower β means higher plasma radial uniformity). The results show that during the active-glow period, the radial distribution of ne exhibits an almost flat profile at the beginning phase, but it converts into a parabola-like profile during the steady state. The consequent evolution for β is that when the power is turned on, it declines to a minimum at first, and then it increases to a maximum, after that, it decays until it keeps constant. This phenomenon can be explained by the fact that the ionization gradually becomes stronger at the plasma center and meanwhile the rebuilt electric field(plasma potential and ambipolar potential) will confine the electrons at the plasma center as well. Besides, the mean electron energy( ε_(on)) at the pulse beginning decreases with the increasing duty cycle. This will postpone the plasma ignition after the power is turned on. This phenomenon has been verified by the emission intensity of Ar(λ = 750.4 nm). During the after-glow period, it is interesting to find that the electrons have a large depletion rate at the plasma center. Consequently, ne forms a hollow distribution in the radial direction at the late stage of after-glow. Therefore, β exhibits a maximum at the same time. This can be attributed to the formation of negative oxygen ion(O~-) at the plasma center when the power has been turned off.     

真空环境中等离子体喷流对反射电磁波衰减的实验研究

在真空环境中，利用传输线测量装置，开展微波等离子体喷流对反射电磁波衰减的实验研究.实验结果表明，采用传输线测量方法能够有效地获得等离子体对反射电磁波的衰减；在5GHz附近，以氩气为工质，流量为52.5mg/s时，52W微波功率在真空环境中产生的等离子体喷流能对反射电磁波产生最大的衰减；增加微波功率、降低真空环境压强可以提高等离子体对反射电磁波的衰减；要使等离子体能够对反射电磁波产生最大的衰减，必须选取合适的发生器参数. 关键词： 电磁波在等离子体中的传输 等离子体基本过程 电磁波     

Pressure dependence of the electrical potential and electrontemperature in a microwave-generated plasma

The electron temperature in a stationary hydrogen plasma has been studied using a Langmuir probe. The measurements have been carried out over the pressure range from 3 mbar (2.25 torr) to 25 mbar (18.75 torr). The applied microwave power was varied from 50 to 450 W. The electron temperature shows a linear dependence on the applied microwave power. The self-space-charge field (in volts) of a hydrogen plasma shows a saturation behavior at higher microwave powers. The maximum value at the saturation of the field equals 6.8 V at a gas pressure of 15 mbar (11.25 torr) for all values of the input microwave radiation power. The polarities of the self-space-charge electric field are similar above this value and below it