射频容性耦合等离子体放电特性的光谱诊断

利用流体模型模拟和发射光谱实验诊断相结合的方法,研究了中等气压、中等功率下射频容性耦合等离子体的放电特性。理论上,采用基于流体模型的COMSOL软件仿真,建立一维等离子体放电模型,以Ar气为工作气体,研究了不同气压以及不同射频输入功率下等离子体电子温度和电子密度的分布规律。实验上,依据仿真模型设计制作了相同尺寸的密闭玻璃腔体和平板电极,采用13.56 MHz射频放电技术电离腔体内的工作气体Ar气,测量了不同气压、不同射频输入功率时放电等离子体的发射光谱。通过分析和选择适当的Ar Ⅰ和Ar Ⅱ的特征谱线,分别利用玻尔兹曼斜率法以及沙哈-玻尔兹曼方程计算了等离子体的电子温度与电子密度,并结合模拟仿真结果对光谱诊断结果进行了修正。结果表明：当气体压强为300~400 Pa、输入功率为600~800 W时,等离子体近似服从玻尔兹曼分布,此时利用光谱法得到的等离子体参数与仿真结果相符合。仿真模拟与光谱实验诊断相结合的方法可初步诊断出中等气压下等离子体的放电参数,增加了玻尔兹曼斜率法和沙哈-玻尔兹曼方程在等离子体放电中的使用范围,扩大了光谱法在低电子密度容性耦合等离子体参数诊断的应用场合,为中等气压容性耦合等离子体在工业与军事上的应用研究提供了重要物理状态的分析手段。     

容性耦合射频氩等离子体放电诊断研究及仿真模拟

针对中等气压、中等功率下射频容性耦合(CCRF)等离子体的放电特性,采用基于流体模型的COMSOL软件仿真,建立一维等离子体放电模型,以Ar为工作气体,研究同一气压时不同射频输入功率下等离子体电子温度和电子密度的分布规律。同时依据仿真模型设计制作相同尺寸的密闭玻璃腔体和平板电极,实验测量了不同射频输入功率时放电等离子体的有效电流电压及发射光谱,进而计算等离子体的电子温度及电子密度;利用玻耳兹曼双线测温法,得到光谱法下等离子体的电子温度及电子密度。结果表明：当气体压强为250 Pa、输入功率为100~450 W时,等离子体电压电流呈线性关系,电子密度随功率的增大而增大,而电子温度并未随功率的变化而有明显变化,其与功率无关。运用仿真模拟验证了实验的准确性,通过比较,三种方法所得的结果相近。通过结合等效回路法、光谱法和数值模拟仿真法初步诊断出中等气压下等离子体的放电参数,提出了结合三种方法作为实验研究的方法,使实验结果更具说服力,证明其方法的可靠性,也为进一步的等离子体特性研究提供依据。     

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.     

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     

气压对微束射频容性放电模式调制的研究

微束射频容性放电在纳米晶体颗粒等离子体增强气相合成有着潜在的应用前景.本论文利用ICCD、单反相机、高压探头和电流探头等对微束射频容性放电特性进行了实验诊断研究.结果发现:在纯氩气微束射频放电中,随着气压的增加,放电从辉光放电模式向多通道丝状放电模式转换;在99％氩/1％氢混合气体微束射频放电中,丝状放电模式消失,而是...     

不同频率驱动下容性耦合Ar等离子体随气压变化的放电特性

讨论了在驱动频率分别为13.56MHz、40.68MHz、94.92MHz和100MHz,功率为40W,气压由3.3～26.6Pa下的容性耦合Ar等离子体的放电特性。利用光谱相对强度法分别诊断了电子激发温度和电子密度。采用粒子模拟和蒙特卡罗碰撞模型(PIC/MCC),模拟了上述实验条件下中心处电子密度和电子能量概率分布(EEPF)。结果表明,在每一个驱动频率下,电子密度均随放电气压的增加而增加,而电子温度则随气压增加而降低。驱动频率为13.56MHz和40.68MHz的电子密度随气压变化趋势几乎一致,而94.92MHz和100MHz的电子温度则随气压变化趋势几乎一致。通过比较EEPF,电子温度随气压的增加有下降的趋势,与光谱诊断结果基本吻合。     

13.56 MHz 低频功率对60 MHz射频容性耦合等离子体的电特性的影响

使用补偿朗缪尔探针诊断技术,研究了60MHz/13.56MHz双频激发容性耦合等离子体的空间电子行为,得到了电子能量概率函数(EEPF)随径向位置和低频输入功率的演变行为. 实验结果表明,13.56MHz射频输入功率的变化主要影响低能电子的布居,其影响随气压升高而加大. 在等离子体放电中心以外,EEPF呈现出双峰分布的特性,同时发现从放电中心到极板边缘,次能峰有逐渐向高能区漂移的现象,次能峰的出现显示了中能电子的增强的加热效应. 通过EEPF方法,计算了等离子体的电子温度、电子密度. 讨论了等离子体中的电 关键词： 双频激发容性耦合等离子体 朗缪尔探针诊断 电子加热模式     

气压对于低气压双频容性耦合Ar/O2 等离子体放电特性影响的研究

 研究了气压对双射频氩氧混合等离子体电子温度和电子密度的影响。在13.56MHz低频功率和94.92MHz高频功率固定为60W和氩氧气体比为1:9的情况下,利用发射光谱法分析了气压不同时氩氧混合等离子体的放电光谱中的特征谱线的变化规律。使用一维质点网格法(PIC-MC)静电模型计算了电子温度和电子密度。结果表明：电子温度随着气压的增加先降低后升高,与实验结果趋势相吻合;电子密度随着气压的增加先增大后减小。     

氮气射频放电与直流放电PIC/MC模拟的比较

建立氮气容性射频等离子体过程的PIC/MC模型,将模拟结果与直流放电进行比较.结果表明:射频等离子体粒子(e,N₂⁺,N⁺)的平均密度较直流放电约大-个量级,在射频电极附近粒子(e,N₂⁺,N⁺)的平均能量比直流放电阴极附近的能量低3倍左右;密度偏低的原子离子N⁺在两电极附近具较高的能量,能量较低的分子离子N₂⁺在放电空间具较高密度,N₂⁺的密度大约是N⁺的6倍;计算的电子能量几率分布与测量结果-致.     

外磁场对直流等离子体炬放电特性的影响

介绍了新研制的磁约束直流等离子矩设备,计算了螺旋管线圈的磁场分布,通过实验研究了磁场变化对等离子体矩放电特性和伏安特性的影响。     

激励电压对沿面介质阻挡放电特性的影响分析

近年来,沿面介质阻挡放电(SDBD)用作大气压下气流控制的等离子体激励器因其众多的优点受到了广泛的关注.然而,国内外对沿面介质阻挡放电及其应用的研究尚处于探索阶段,对其放电特性的影响因素缺乏规律性的认识.因此,对SDBD相关特性和影响因素进行研究具有重要理论意义和应用价值.本文使用频率5～20 kHz,峰值电压0～30 kV的可调正弦交流电源激励大气压环境下的SDBD装置.通过调节激励电压大小,研究了其与SDBD放电特性之间的关系,对等离子体放电电流、放电形貌、功率损耗、诱导气流以及机械效率进行了分析.实验结果表明,SDBD消耗功率、放电强度和诱导气流均会随着激励电压的增大而增大,但机械效率存在先增大后减小的趋势,说明等离子体流动控制中研究中存在最佳效率点.     

Optical Emission Spectroscopy Used to Study the Characteristics of the Capacitive Radio-Frequency Discharge in Argon

Capacitively coupled radio-frequency (13.56 MHz) glow discharge in argon at low pressure (200 mTorr) has been studied by optical emission spectroscopy (OES) and electrical probe. Increasing power density resulted in lowering of the electron temperature T _e and increase of the electron density n _e. The to transition in this case takes place smoothly. The intensity (I _750.4) of the emission line at 750.4 nm due to 2p₁1s₂ transition closely follows the variation of n _e with power density. Calculation of the electron-energy probability function shows that electron occupation mainly changes in the high-energy tail, which explains close resemblance of I _750.4 to n _e. At moderate pressures, only OES method was applied to observe - transition which is abrupt in this pressure range.     

Influence of Discharge Plasma Inhomogeneities on the Characteristics of KrF-Laser Radiation

Russian Physics Journal - Results of studies of the electric-discharge KrF laser with a specific pulse energy of ~6 J/L and an internal energy efficiency of more than 4% are presented. The...     

介质阻挡体放电对甲烷扩散火焰特性的影响

本文在高频交流激励模式下,采用同轴圆柱构型激励器,开展了介质阻挡体放电对空气/甲烷同轴剪切扩散火焰燃烧特性影响实验研究。激励器敷设在外喷嘴环缝以电离空气,采用纹影系统和B型热电偶分别获取流场形态和火焰温度,激励频率为8 kHz,通过改变气体流量和放电电压,分析了不同工况下射流流场、火焰结构和火焰温度在等离子体作用下的变化规律。结果表明:等离子体气动效应能有效增强射流湍流强度,强化空气/甲烷掺混,增大射流角,并随激励电压提高作用效果逐渐增强,实验中未形成明显扩张流动的初始射流在放电电压30 kV时其射流角最大为23.5°。贫燃条件下等离子体激励会改善火焰形态,增强燃烧稳定性,并在流量较低时缩短火焰长度。此外,富燃火焰下游温度会随着激励强度增大不断升高,而贫燃火焰下游温度变化受上游燃烧强度影响存在升高和降低两种情况。     

The Influence of Materials of Electrodes of Sensitized Solar Cells on Their Capacitive and Electrical Characteristics

Russian Physics Journal - An estimation is made of the internal capacitance of sensitized solar cells (SSCs) manufactured by the method of extraction pyrolysis. The structures under study are...     

Self-Rotation of Dust Particles in Induction-Type RF Discharge

Technical Physics - Self-rotation (rotation about the center of mass) of dust particles in a magnetic field has been investigated. The angular velocity of self-rotation in a dust trap produced by...     

RF impedance measurements of DC atmospheric micro-discharges

The available diagnostics for atmospheric micro-plasmas remain limited and relatively complex to implement; so we present a radio-frequency technique for diagnosing a key parameter here. The technique allows one to estimate the dependencies of the electron density by measuring the RF-impedance of the micro-plasma and analyzing it with an appropriate equivalent circuit. This technique is inexpensive, can be used in real time and gives reasonable results for argon and helium DC micro-plasmas in holes over a wide pressure range. The electron density increases linearly with current in the expected range consistent with normal glow discharge behavior.     

Ion Bombardment Secondaty Electron Maintenance of Steady RF Discharge

The results of both theoretical and experimental study of a steady E-type RF discharge, in which ionization is controlled by fast electrons generated in RF sheaths near the electrodes (y regime), are presented. It is shown that the transition of an RF discharge into the ? regime is of a threshold nature and is accompanied by a sharp increase in plasma density and a decrease in electron temperature. The suggested theoretical model of an RF discharge in the ? regime satisfactorily describes experiments carried out in a wide range of frequencies, RF voltages, and gas pressures.