射频感应耦合Ar-N2等离子体物理特性的Langmuir探针测量及理论研究

分别通过Langmuir探针测量和动力学模型模拟方法研究了射频感应耦合Ar-N₂等离子体中电子能量分布、电子温度、电子密度等物理量随N₂含量的变化规律.实验研究结果表明：电子能量分布呈现出非Maxwell型分布,并由双温分布向三温分布过渡;电子温度在不同的气压下随N₂含量的增加呈现出不同的变化规律.在放电气压小于1.3 Pa时,电子温度随N₂含量的增加而下降;当气压大于1.3 Pa时,电子温度随N₂关键词： 感应耦合等离子体 2混合气体放电')" href="#">Ar-N₂混合气体放电 电子能量分布 Langmuir探针     

射频感应耦合低压等离子体特性分析

采用光谱诊断法和Langmuir单探针法对射频感应耦合Ar气等离子体特性进行分析。通过光栅光谱仪研究了低气压下Ar气等离子体的光谱强度的变化特性,采用Langmuir单探针法测量不同条件下电子密度和电子温度。等离子体发射光谱的光谱强度随着气压和功率的增加而增强,射频功率对光谱强度的影响较明显。当功率从120W增加到180W时,光谱强度将会迅速增加,等离子体发生E模向H模的模式转换。Langmuir单探针法测量的电子密度和电子温度在的变化规律符合E模向H模转换的变化规律。     

Langmuir单探针诊断电子回旋共振等离子体参数分布特性

本文采用Langmuir单静电探针法,分析诊断了电子回旋共振等离子体的参数分布特性,并分析了微波功率、气压对轴向、径向等离子体空间分布的影响。在微波功率400W~650W范围内等离子体具有较高的密度及良好的径向均匀性。     

射频等离子体离子能量分布特性研究

利用质谱仪对不同进气速率下的氩气、氮气及氮-氘混合三种射频感应耦合等离子体的离子能量分布、离子浓度演化进行了研究。实验结果表明,等离子体的离子能量分布呈多峰结构;在功率一定时,纯氩气及氮气离子的峰值能量随进气速率增加向低能端移动,且离子通量密度逐渐降低;而氮-氘混合等离子体生成的氨系离子 ND₄⁺,峰值离子能量随氘气进气速率先降低后上升,通量密度先增大后降低。      

感应耦合等离子体中和枪的电子引出特性研究

给出了一种感应耦合等离子体源的设计,用于等离子体中和枪装置.通过实验方法研究等离子体源的电子引出特性,并结合理论分析了等离子体密度随射频功率的变化关系.研究结果表明等离子体源的电子引出特性与放电腔内气压有关联性,E?H模式转换中电子密度的变化与负载的电感值相关.研究成果对等离子体中和枪的发展有重要的参考价值.     

多源感应耦合等离子体的产生及等离子体诊断

基于单组多匝线圈的小腔体感应耦合等离子体，研究了线圈配置与耦合效率等之间的关联，并将实验结果应用到多组并联螺旋天线感应耦合等离子体放电体系中.采用了改进的朗谬尔探针方法对单源和多源感应耦合等离子体的电参量分别进行了表征.结果表明，使用多螺旋天线并联方式可以产生低气压高密度的感应耦合等离子体放电，通过调整工艺参量，可以将等离子体密度和光刻胶的刻蚀均匀性控制在80％以上. 关键词： 多源感应耦合等离子体 朗谬尔探针 等离子体灰化     

基于数据采集系统的等离子体Langmuir探针诊断实验

 采用Langmuir探针、扫描电源和微机数据采集系统相结合,实时获得了等离子体的伏安特性曲线及参数计算结果。本数据采集系统是一个虚拟仪器系统,包括数据采集、分析测试和结果显示三部分,用来采集Langmuir探针的电流电压信号,并加以分析处理。整个测试过程非常快,可以在ms级的时间内完成,相对于手动测试,基于数据采集系统的Langmuir探针诊断实验得到的数据更为精确,电压测试范围更大,并能去除因为等离子体电位漂移而产生的曲线失真。根据所得的伏安曲线,讨论了等离子体的电子温度,离子密度等参数的计算方法。进一步研究发现电子温度随真空室气压增大而变小,离子密度随气压增大而变大。     

大功率热平衡感应耦合等离子体数值模拟及实验研究

感应耦合等离子体发生器是临近空间高速目标等离子体电磁科学实验研究装置的核心部件之一,常用于模拟高焓高速等离子体鞘套环境,为了研究大功率射频中压下感应耦合等离子体发生器的放电特性,采用数值模拟和实验相结合的方法研究其内部的传热与流动特性.本文基于局域热力学平衡条件,通过湍流场-电磁场-温度场的多场耦合开展了功率为10...     

Discharge impedance of solenoidal inductively coupled plasma discharge

The discharge impedance is calculated for a solenoidal inductively coupled plasma (ICP) discharge, which is one of the important sources for plasma processing. To calculate this impedance, the electromagnetic field quantities are obtained by solving the two-dimensional Maxwell equations in a realistic geometry. Also considered in the calculation is the anomalous skin effect which is regarded as a collisionless heating mechanism of ICP discharge. The results show that the discharge impedance is a function of various discharge parameters, such as plasma density, electron temperature, antenna position, collision frequency, excitation frequency, and chamber geometry.     

柱面天线射频感性耦合等离子体放电模式特性的实验研究

利用Z-scan、电流、电压探头,通过测量等离子体吸收功率、天线电流、电压、等离子体直流悬浮电位等多种参数,研究了匹配网络、天线耦合强度、导电地面积、气压等多种因素对E,H放电模式特性及模式转化行为的影响.基于Γ型阻抗匹配网络中串联电容对射频电源输出功率的影响,提出了E—H放电模式转化的正负反馈区概念.研究发现：在相同的其他放电条件下,处于正反馈区时等离子体放电易于产生跳变型模式转化,而且模式跳变的临界天线电流、回滞宽度、跳变临界功率、跳变功率差等参数均随阻抗匹配网络参数产生明显变化;在负反馈区内,模式转化过程趋于连续.由于阻抗匹配网络的影响,E—H模式的跳变电流并不是总大于H—E模式的跳变电流.在不同导电地面积、阻抗匹配网络、气压下,模式转化过程中等离子体直流悬浮电位的变化呈现多样性. 关键词： 射频等离子体 感性耦合 容性耦合 模式转化     

碰撞等离子体中电中性条件对单探针测量的约束

在碰撞等离子体中使用单探针测量系统测得的伏安特性曲线会发生畸变. 实验中分别测量了非碰撞条件下(20 Pa)和碰撞条件下(400 Pa)氩气(Ar)电感耦合等离子体的单探针伏安特性曲线, 并进一步通过在400 Pa下测量不同位置处的单探针伏安特性曲线和引入干扰电极调节整体电中性约束的程度的方法来分析研究曲线的畸变现象. 结果表明碰撞等离子体中整体电中性约束条件会对非碰撞探针测量系统进行约束, 并通过理论分析和实验证明:在单探针测量过程中, 以真空室壁为电位参考点, 等离子体将通过改变自身等离子体电位来满足整体电中性的要求, 此时, 单探针测得的伏安特性曲线就不是理论上的单探针的鞘层伏安特性.     

Langmuir probe and spectroscopic studies of RF generated helium-nitrogen mixture plasma

This paper reports the effect of helium percentage variation in a capacitive RF helium-nitrogen mixture plasma on various plasma parameters and concentration of nitrogen active species (N₂(C³Π _u) and N₂ ⁺(B²Σ _u ⁺)). Langmuir probe is used for determination of electron energy distribution functions, effective electron temperature, plasma potential and electron density. Optical emission spectroscopy is used for determination of electron temperature from Boltzmann's plot of He–I lines and the relative changes in the concentration of active species by measuring the emission intensities of nitrogen (0-0) bands of the second positive and the first negative systems. The results demonstrate that electron temperature, electron density and concentration of active species increase significantly with increase in helium percentage in the mixture and RF power.     

ITER偏滤器朗缪尔探针测控系统初步设计

根据ITER诊断测控需求和控制、数据访问和通信(CODAC)设计规范,偏滤器朗缪尔探针系统使用企业建模工具(EA平台)进行仪器和控制建模设计.参照中央控制系统自动化运行和控制流程,完成了探针测控系统在等离子放电模式下运行流程的逻辑分层,具备数据采集、探针驱动电源管理、机柜健康监测、EPICS通讯等基本功能,实现了系统软...     

Spatial variation behaviors of argon inductively coupled plasma during discharge mode transition

A Langmuir probe and an ICCD are employed to study the discharge mode transition in Ar inductively coupled plasma. Electron density and plasma emission intensity are measured during the E (capacitive discharge) to H (inductive discharge) mode transitions at different pressures. It is found that plasma exists with a low electron density and a weak emission intensity in the E mode, while it has a high electron density and a strong emission intensity in the H mode. Meanwhile, the plasma emission intensity spatial (2D image) profile is symmetrical in the H mode, but the 2D image is an asymmetric profile in the E mode. Moreover, the electron density and emission intensity jump up discontinuously at high pressure, but increase almost continuously at the E to H mode transition under low pressure.     

轴向磁场下感应耦合放电模式转换的实验研究

为探究轴向磁场对纯Ar感应耦合等离子体放电模式转换的影响,设计并搭建一整套等离子体产生装置展开实验研究,引入阻抗分析法对放电模式转换进行判断,并得到了朗缪尔探针法的验证。实验发现,当气压为10 Pa时,轴向磁场强度的增加使得E-H和H-E模式转换的阈值功率增大;同时,随着轴向磁场的增强,放电中心区域的电子密度不断降低。初步分析认为,这是由于带电粒子在洛伦兹力作用下做回旋运动,导致高能电子在垂直磁场方向上的碰撞减少,降低了电子密度以及感应耦合效率。进一步分析电子能量概率函数(EEPF)发现,在E模式下,轴向磁场对电子运动的约束作用更加明显,高能电子(>27 eV)所占比例增多,电子能量分布更加均匀。     

常压下气体放电等离子体振荡的实验与理论研究

在实验上研究了高压交流电弧发生器电极间隙的气体放电及等离子体振荡, 观察到了气体放电过程中的纳秒脉冲.以电子的流体运动方程和麦克斯韦方程为理论基础, 利用δ函数来描述交变外电场作用下电极处的电子堆积现象,建立了常压下气体放电时等离子体在外电场中振荡的理论模型,通过Laplace变换求解出电极间的放电电压.理论与实验结果基本符合, 从而可估算出实验中等离子体的电子数密度为1.3× 10¹²/m³.