面向复杂求解域的高效粒子网格/蒙特卡罗模型与阳极层离子源仿真

等离子体仿真是研究等离子体放电特性的重要手段,特别是阳极层离子源,其放电结构的几何特性对等离子体特性的作用很难通过实验手段进行系统研究.然而,传统仿真模型一般是针对离子源进行整体建模,离子源的阴阳极几何轮廓形成的复杂求解域,导致模型的计算效率和收敛性较差.鉴于此,将离子源结构仿真与等离子体仿真分离,首先利用磁镜原理将离子源内外阴极大小、形状和相对位置等一系列阴极几何参数简化为磁镜比R_m和磁镜中心磁感应强度B₀两个磁镜参数,并在此基础上,建立了高效粒子网格/蒙特卡罗模型,将收敛时间由1.00μs缩短到0.45μs,大幅提升了计算效率和稳定性.进一步利用该模型系统研究了阳极层离子源放电结构的几何特性对等离子体特性的影响规律,发现R_m=2.50, B₀=36 mT时磁镜对等离子体约束效果最佳,当放电中心的位置与内外阴极间磁镜中心重合时,不仅能够输出高密度离子束流,同时可大幅减少阴极刻蚀,并保证内外阴极的刻蚀平衡.     

强流磁约束金属离子注入源

设计和制造了适合工业应用的强流金属离子源。离子源的电弧阴、阳电极之间和放电室壁采用永磁体阵列形成导流、屏蔽磁场,改进了电弧的放电特性和提高等离子体密度。离子注入源在加速电压为30kV、50 Hz 条件时,平均束流流强约为30mA,调试结果表明附加磁场提高了离子源性能。     

宽束冷阴极和部端霍尔离子源对薄膜透过率和应力影响的比较

在宽束冷阴极离子源和端部霍尔离子源辅助沉积情况下，利用南光ZZS700 1/G箱式镀膜机，通过实验分别验证了这两种离子束辅助沉积对光学膜层透过率和应力的影响。通过对大量实验数据进行分析，得出利用低能量和大电流离子束辅助沉积光学薄膜时，膜层性能优于高能量离子束辅助沉积膜层。分析了膜层特性改变的原因，并提出了合理的工艺参数。实验结果表明，低能量、大电流的离子束辅助沉积使光学薄膜的性能更佳。     

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介绍了一种低功率圆柱形阳极层离子源的工作特性和束流分布特性。离子源正常工作参数范围为工作电压200～1200V,放电电流0.1～1.4A,工作气压1.9×10-2～1.7×10-1Pa,气体流量5～20sccm。离子源有两个工作状态：发散状态和准直性状态。     

离子能量筛选器仿真设计

离子源作为一种离子束发射装置,常用于光学薄膜的制备中,但离子束中包含各种能量的离子,在光学薄膜制备过程中严重影响着薄膜成型后的微观结构和性能.针对目前国内外离子源普遍存在输出能谱过宽的缺点,以电磁场理论为基础,并对各能级的离子运动轨迹进行了仿真分析,设计了一种离子能量筛选器,仿真结果表明,经过筛选器筛选后能有效剔除过高...     

等离子体离子源发射面的理论计算与数值模拟

等离子体离子源发射面的位置和形状决定了离子束的传输特性,而发射面的位置与形状又取决于等离子体参数、引出电压、电极结构等,并自动地调节到某个平衡状态。介绍了一种2维情况下等离子体离子源发射面的位置与形状的理论计算方法,即非磁化等离子体不能扩散进入外加电场中大于一定临界值的区域,等离子体离子源发射面的位置及形状可以通过直接求解引出系统的Laplace方程而得到。利用基于PIC的OOPIC程序对不同引出结构的发射面位置及形状和引出束流进行了数值模拟,结果与理论计算的结果十分接近。     

等离子体离子源发射面的理论计算与数值模拟

 等离子体离子源发射面的位置和形状决定了离子束的传输特性,而发射面的位置与形状又取决于等离子体参数、引出电压、电极结构等,并自动地调节到某个平衡状态。介绍了一种2维情况下等离子体离子源发射面的位置与形状的理论计算方法,即非磁化等离子体不能扩散进入外加电场中大于一定临界值的区域,等离子体离子源发射面的位置及形状可以通过直接求解引出系统的Laplace方程而得到。利用基于PIC的OOPIC程序对不同引出结构的发射面位置及形状和引出束流进行了数值模拟,结果与理论计算的结果十分接近。     

60kV离子源引出与加速系统的数值模拟

对 6 0kV、70A、2s离子源的四电极引出 加速系统进行了数值模拟。利用数值计算结果对系统进行了优化。在离子流密度为 0 2 4A·cm- 2 (束中H+ 1∶H+ 2 ∶H+ 3=0 .7∶0 .2∶0 .1)和离子源等离子体离子温度为 1eV时 ,由系统栅缝出射的束最大散角小于 1o。     

离子束清洗在激光薄膜中的应用

介绍了在激光薄膜中End Hall型离子源离子束清洗的应用。通过实验验证了基片的二次污染和离子束的清洗效果,观测了离子束清洗前后基片的表面形貌变化。研究了用离子束清洗基片时对薄膜抗激光损伤阈值的作用。分析了用离子束清洗基片时其基片表面的性质,如清洁度、表面能、接触角、表面形貌的变化机理。指出了杂质微粒的去除和附着力的增加是如何使薄膜抗激光损伤阈值显著提高的。     

Feasibility study on high current ion beam extraction from anode spot plasma for large area ion implantation

In this paper, we have investigated the feasibility of the high current beam extraction from anode spot plasma as an ion source for large area ion implantation. Experiments have been carried out with the ambient plasma produced by inductive coupling with radio-frequency (RF) power of 200 W at the frequency of 13.56 MHz. Anode spot plasmas are generated near the extraction hole of 2 mm in diameter at the center of a bias electrode whose area exposed to the ambient plasma can be changed. It is found that the maximum ion beam current is extracted at the optimum operating pressure at which the area of bias electrode exposed to ambient plasma is fully covered with the anode spot plasma whose size is dominantly determined by the operating pressure for given gas species. It is also observed that the extracted ion beam current increases nonlinearly with the bias power due to the changes in size and shape of the anode spot plasma. With the well-established anode spot plasma operating at the optimum gas pressure, we have successfully extracted high current ion beam of 6.4 mA (204 mA/cm²) at the bias power of 22 W (∼10% of RF power), which is 43 times larger than that extracted from the plasma without anode spot. Based on the experimental results, criteria for electrode design and operating pressure for ion beam extraction from larger extraction aperture are suggested. In addition, the stability of anode spot plasma in the presence of ion beam extraction through an extraction hole is discussed in terms of the particle balance model.     

高频H型放电离子源的场特性

从Maxwell方程组出发,推导了高频H型放电离子源放电空间的场分布, 并采用Mafia软件进行了三维实体建模,计算了高频离子源放电击穿前和稳定工作后的电磁场分布,得到了高频离子源放电空间电磁场分布的直观图像。通过比较击穿前高频电场的轴向和环向分量,得出了轴向电场在高频离子源击穿中起主要作用的结论,并进而推导出了高频离子源的击穿判据,得出了气体击穿时离子源击穿电压和放电管内气压的关系,与实验结果符合较好。     

高频H型放电离子源的场特性

 从Maxwell方程组出发，推导了高频H型放电离子源放电空间的场分布, 并采用Mafia软件进行了三维实体建模，计算了高频离子源放电击穿前和稳定工作后的电磁场分布，得到了高频离子源放电空间电磁场分布的直观图像。通过比较击穿前高频电场的轴向和环向分量，得出了轴向电场在高频离子源击穿中起主要作用的结论，并进而推导出了高频离子源的击穿判据，得出了气体击穿时离子源击穿电压和放电管内气压的关系，与实验结果符合较好。     

射频离子源离子束成分光谱测量

为HL-2A 装置中性束注入器研制了引出束功率为1MW 的射频离子源。在测试平台上,实验离子源已经成功引出了束能量和束电流分别为35keV 和12.4A、束质子比为79%、脉宽为100ms 的氢离子束,达到了设计束功率要求的44%。在射频离子源实验平台上,利用多普勒频移光谱方法测量了离子源引出束流成分比例,对比了束流成分和射频离子源引出束流之间的关系。实验数据分析表明,在10A 引出束流的情况下,离子流成分 H⁺ ₁、H⁺ ₂ 和H⁺ ₃ 分别为75%、18%和7%。并且当引出束流从3.3A 升至10.4A 时,H⁺ ₁ 从37%升至78%,而H⁺ ₃ 则从19%降至9%。     

离子束辅助沉积硅薄膜负极材料的研究

采用离子束辅助沉积法制备了锂离子电池硅薄膜负极材料,研究了硅薄膜的晶体结构、表面形貌和电化学性能.研究结果表明：硅薄膜是非晶态的结构;非晶态硅薄膜发生嵌脱锂反应的电位分别为0.03 V与0.34 V和0.16 V与0.49 V;硅薄膜表现出很高比容量和充放电效率,其可逆比容量和库仑效率分别为3134.4 mAh/g和87.1％;硅薄膜具有优异的循环性能,在0.5C倍率下200次循环后容量保持率为92.2%. 关键词： 硅薄膜 离子束辅助沉积 锂离子电池 负极材料     

粒子模拟中波导激励源的设计与实现

 讨论了粒子模拟中用时域有限差分(FDTD)法设计波导激励源的常见问题,并根据波的传播特性,提出一种模拟波导激励源的新方法,给出通用的计算公式,讨论了几种特殊情况下的算法修正。给出了2维柱坐标系下磁绝缘线振荡器(MILO)计算实例,结果表明：该方法能模拟较为复杂的波导激励源,并有效消除了激励源边界处的虚假反射,与传统波导激励源模拟方法比较,验证了该方法的正确性与优越性。     

冷藏展示柜冷却风道的设计及数值模拟

以冷藏展示柜强制冷却冷凝器的冷却风道为对象,建立了物理数学模型,用SIMPLE方法计算了3种型式冷凝器冷却风道空气流场,通过速度分布图和速度矢量图分析了各型式风道冷凝器和压缩机冷却效果,结合冷藏展示柜的结构和实际应用提出了冷却风道优化的方向,为冷藏展示柜的优化设计提供了参考.     

负氢离子源中多峰磁场形态数值模拟

基于磁荷模型,在有限差分法基础上,推导了3维永磁体数值算法,结合全3维PIC/MCC粒子模拟算法,数值分析比较了外置型和“伞状”型两种特殊形态多峰磁场对电子能量沉积的影响。模拟结果表明:二者都能对粒子起到约束作用且能过滤引出负氢离子,同时二者电子能量分布规律基本一致,都呈现了双电子能态,符合等离子体放电基本机理;外置型过滤磁场对粒子的约束能力更强,能明显产生更多的粒子,总粒子数大约是“伞状”型过滤磁场情况下的4倍;“伞状”型过滤磁场能有效地抑制由磁场不均匀所引起的电子漂移,使产生的负氢离子空间分布更均匀。模拟结果与国外实验结果基本一致。