均匀热压强时径向本征函数的研究北大核心CSCD

应用半解析方法,数值计算了不同均匀热压强时,径向本征函数随圆柱等离子体半径和粘度的演化规律。数值模拟结果表明:当等离子体热压强均匀时,压强对长波模式磁流体系统的径向本征函数基本无影响;短波模式时,均匀等离子体热压强对径向本征函数的极值大小和极值所处的位置均有明显影响,说明径向本征函数对波长的变化比较敏感。     

磁流体径向本征函数的演化规律

应用傅里叶变换,将线性化的理想磁流体方程组转化为一个关于径向本征函数的二阶常微分方程。通过求解此方程,数值模拟了角向模数m=2时,圆柱磁流体径向本征函数在不同热压强时随波数和增长率的演化规律。数值模拟结果表明径向本征函数对波长的变化比较敏感,在短波模式有一定波动,长波时不受增长率的影响。此结果有利于加深对高角向模数不稳定性的理解,同时也验证了半解析方法解决磁流体问题的有效性和简洁性。     

等离子体压强和粘度效应的线性化数值分析

从线性化理想磁流体方程组出发,应用半解析方法,数值求解了圆柱位型等离子体压强和粘度对轴向本征函数的影响,主要结论包括:无论等离子体粘度如何变化,轴向本征函数均随着等离子体压强的增大而减小。等离子体半径较小(约小于0.3)时的轴向本征函数均为负值,等离子体半径较大(约大于0.3)时的轴向本征函数均为正值。压强较低时,靠近圆柱中心和等离子体壁处的轴向本征函数受粘度影响较大。     

粘性圆柱等离子体径向扰动磁场的数值研究

将半解析方法和差分方法相结合,数值模拟了不同等离子体压强和粘度时,粘性圆柱等离子体径向扰动磁场随半径的演化规律。数值模拟结果表明:径向扰动磁场随磁流体粘滞系数的增大而增大。短波模式对应的径向扰动磁场主要为负值,长波模式对应的径向扰动磁场主要为正值。当等离子体压强不同时,尽管波数k非常接近,但径向扰动磁场的差距仍然很大,这说明在计算扰动磁场时,等离子体压强应该予以考虑。     

基于质谱诊断的C4H8/H2等离子体状态在放电腔室的径向分布研究

利用质谱研究了不同工艺参数下C_4H_8/H_2等离子体的离子组分和能量的径向分布规律,并分析了CH片段的裂解与聚合过程。结果表明,当工作压强较低时(≤7Pa),小分子CH片段的相对密度随径向距离的增大而逐渐减小,大分子CH片段则逐渐增多;随着工作压强的增大,CH片段的相对密度达到极值所对应的径向距离逐渐增大。当射频功率一定时,小分子CH片段的相对密度随径向距离增大而减小,大分子CH片段则逐渐增多。此外,离子能量随径向距离的增大均呈现出逐渐减小的趋势。当工作压强为3Pa、射频功率为20 W时,C_4H_8/H_2等离子体中CH片段的径向分布最均匀,有利于提高辉光放电聚合物薄膜结构与组分的均匀性。     

圆形洞室在径向非均匀荷载下的瞬态响应

基于弹性介质动力学理论,研究了圆形洞室在瞬态径向非均匀荷载下的动力响应。利用波函数展开法与Laplace变换法,并考虑圆形洞室内表面应力边界非均匀条件,得到单位脉冲荷载下圆形洞室二维空间中应力和位移场在时域内的数值解。并通过算例,分析了径向非均匀瞬态荷载下的波动特性以及剪切模量等因素对应力位移场在径向和环向上分布特征的影响。研究结果表明,随着时间推移环向应力与位移的振动响应均表现出异步性,峰值出现的位置随时间在0-π之间变化,发生极值旋转;无量纲时间t~*2时,径向应力发生明显衰减,而径向位移与环向响应在无量纲时间t~*8时,才出现明显衰减,径向应力的振动周期最小;剪切模量对洞室表面应力位移幅值有显著影响;在非均匀荷载作用下,非均匀处响应幅值明显大于其他位置,径向应力、位移响应大于环向,衰减速度也更快。     

具有非均匀热压强磁流体速度的定量研究北大核心CSCD

应用数值模拟方法,研究了非均匀等离子体压强梯度对圆柱位型磁流体速度的影响,并与均匀等离子体压强时的结论进行了比较,得到的主要结论包括:压力梯度对径向速度几乎无影响。无论等离子体压强是否均匀,角向速度和轴向速度的演化规律相似,但轴向速度对压力梯度更敏感。当等离子体压强均匀时,角向速度和轴向速度均为负值;当等离子体压强非均匀时,角向速度和轴向速度均正负参半,这体现了等离子体压强梯度对磁流体不稳定性的驱动效应。由于等离子壁对流体的阻碍作用,所有速度在等离子体壁处均衰减为零。     

具有非均匀热压强磁流体速度的定量研究

应用数值模拟方法,研究了非均匀等离子体压强梯度对圆柱位型磁流体速度的影响,并与均匀等离子体压强时的结论进行了比较,得到的主要结论包括:压力梯度对径向速度几乎无影响。无论等离子体压强是否均匀,角向速度和轴向速度的演化规律相似,但轴向速度对压力梯度更敏感。当等离子体压强均匀时,角向速度和轴向速度均为负值;当等离子体压强非均匀时,角向速度和轴向速度均正负参半,这体现了等离子体压强梯度对磁流体不稳定性的驱动效应。由于等离子壁对流体的阻碍作用,所有速度在等离子体壁处均衰减为零。     

磁场与密度对等离子体柱中螺旋波及能量沉积影响的数值研究

考察在高密度、强磁化径向非均匀等离子体柱中,在径向等离子体密度分布呈不同抛物线型轮廓及轴向静磁场不断增大的情况下,等离子体柱内右旋螺旋波与左旋螺旋波的传播性质及其径向、轴向能量沉积特性。采用数值方法求解基于Maxwell方程组的耦合波方程组,得到0.02~0.1 T磁场变化区间与n0=1.2×1013cm-3、α∈(0.36,0.83)径向等离子体密度分布条件下等离子体柱内m=±1角向模螺旋波场幅值及其径向、轴向能量分布情形.计算结果表明,α减小(0.83→0.36)、B0增大(0.02→0.1 T)时,m=+1模趋于r=0处附近传播,径向能量沉积变化极小,轴向能量沉积逐渐增强;m=-1模在一定B0范围内、α≈0.66时最大幅值传播,径向能量沉积趋向于等离子体柱表面附近,轴向能量沉积逐渐增强.其次,m=+1模较m=-1模场幅值与能量沉积均占主导地位;m=-1模能量沉积集中于天线电离区,m=+1模能量沉积远超于天线电离区。     

均匀密度等离子体柱中螺旋波径向场型分布及能量分布数值研究

本文考察在高密度、强磁化径向密度均匀等离子体柱中,在径向等离子体密度量级及轴向静磁场数值不断增大的情况下,等离子体柱内右旋螺旋波与左旋螺旋波的电磁场幅值分布特性及径向模式能量分布特性。采用数值方法,求解基于m=-1方程组的耦合波方程组,得到2×10-2~9×10-2T磁场变化区间与1×10~(13)~9×10~(13)cm~(-3)径向等离子体密度量级变化条件下等离子体柱内右旋螺旋波与左旋螺旋波的场幅值及其径向能量分布情形。计算结果表明,轴向静磁场B0增大(2×10~(-2)~9×10~(-2)T),左旋螺旋波(LH-wave)场幅值减小,右旋螺旋波(RH-wave)场幅值增大,RH-wave与LH-wave径向能量幅值均减小;径向密度n_0增大,LH-wave场幅值增大,RH-wave场幅值减小,RH-wave与LH-wave径向能量幅值均增大;LH-wave能量峰值位置在距等离子体柱中心轴1/5半径处,而RH-wave能量峰值位置出现在中心轴附近处;B0约为几百高斯、n_0约为10~(13)cm~(-3)量级条件下,RH-wave总是较LH-wave在场幅值与能量沉积过程中占主导地位。     

电磁阴极磁场分布对磁控溅射系统伏安特性的影响

本文设计了一种新型圆形平面阴极磁控溅射源.该源具有独特的三极线圈结构,改变各线圈励磁电流可调节靶面磁场强度的大小和分布.通过对系统气体放电伏安特性随各线圈励磁电流大小变化规律的分析,以及对距靶面60mm基片台处等离子体束流密度大小和分布的测试,探讨了阴极磁场分布对磁控溅射系统伏安特性的影响.实验结果表明阴极磁场分布模式对气体放电稳定性和等离子体分布影响显著,当阴极磁场呈现收敛型分布时,二次电子被紧密束缚在靶面附近,降低了基片台附近等离子体束流密度,却增大等离子体束流径向分布均匀性.调节非平衡线圈励磁电流,在附加磁场的作用下,阴极磁场呈现发散型分布,二次电子被引向基片台附近,使得基片台附近等离子体束流密度显著增加但径向均匀性变差.     

大面积平面表面波等离子体的研究

低温等离子体技术已被广泛应用于各高科技领域 ,并且应用范围仍然在迅速拓展 ,这对等离子体本身提出了更高的要求 ,平面大面积、高密度均匀等离子体源是目前最迫切的需求之一。作者主要介绍表面波激发等离子体的原理 ,并在自行研制的一套平面大面积表面波等离子体源上 ,利用静电双探针测量了其Ar气放电的角向、径向和轴向的电子密度和温度。发现角向电子密度和温度均匀性与耦合天线及气压密切相关而与入射功率无关 ;径向电子密度和温度均匀性则与入射微波功率及气压密切相关而与耦合天线无关。因此 ,通过优化耦合天线来获得径向参数的均匀性及微波耦合效率 ,并增大微波功率、选择适当的气压 ,可产生大面积平面高密度等离子体     

ICP等离子体源天线设计

感应耦合等离子体技术以其低气压下产生高密度等离子体的能力及良好的可扩展性成为微细加工中的重要的加工技术之一.本文提出了一种新型的三段式线圈的设计方法,对激发电场进行了数值计算.结果表明设计的天线能够在径向和方向角方向上产生均匀性良好的电场,耦合效率较高.     

考虑等离子体粘性时的扰动磁场北大核心CSCD

从只考虑粘滞效应的非理想磁流体方程组出发,先应用半解析方法进行公式推导,然后数值计算了几种非均匀等离子体压强时,圆柱等离子体轴向扰动磁场随半径和粘度的演化规律。数值模拟结果表明:轴向扰动磁场在等离子体轴线位置处的值为零,而且这个值不受等离子体粘度,波数以及压强的影响。当等离子体压强一定时,轴向扰动磁场的极大值随着粘度的增加而增大。当粘度大到一定程度时,轴向扰动磁场在轴线和壁之间出现多个极大值和极小值,这表明了等离子体粘度对轴向扰动磁场的影响十分明显。     

考虑等离子体粘性时的扰动磁场

从只考虑粘滞效应的非理想磁流体方程组出发,先应用半解析方法进行公式推导,然后数值计算了几种非均匀等离子体压强时,圆柱等离子体轴向扰动磁场随半径和粘度的演化规律。数值模拟结果表明:轴向扰动磁场在等离子体轴线位置处的值为零,而且这个值不受等离子体粘度,波数以及压强的影响。当等离子体压强一定时,轴向扰动磁场的极大值随着粘度的增加而增大。当粘度大到一定程度时,轴向扰动磁场在轴线和壁之间出现多个极大值和极小值,这表明了等离子体粘度对轴向扰动磁场的影响十分明显。     

微波电子回旋共振等离子体刻蚀研究

研究了线圈、多极混合磁位形ECR等离子体及刻蚀特性。静电探针测量结果表明，在φ200mm，φ100mm范围内等离子体离子流强径向不均匀性为±21．5％，±5．3％。4英寸片片内刻蚀不均匀性≤±0．5％，0．25μm线宽刻蚀方向性为0．75。并结合等离子体特性及刻蚀机理，对有关结果进行了分析。     

基于波导耦合反应腔串联的线形微波等离子体源

通过将两个波导耦合反应腔串联,得到了具有线形结构的微波等离子体源。利用光纤光谱仪沿等离子体轴向测量不同位置的等离子体发射光谱,对等离子体中不同基团的发射光谱强度进行了比较分析,研究了反应腔结构对等离子体均匀性的影响。实验结果表明:通过将波导耦合反应腔串联可以在引导天线表面产生圆柱状的线形等离子体,等离子体沿轴向的均匀性与引导天线外径尺寸和两端的模式转换棒的位置有关,当引导天线外径为4 mm,模式匹配棒伸入量为10 mm时,等离子体的不均匀性小于10%。     

感应耦合等离子体的功率耦合效率的理论分析与计算

基于变压器模型,本文对感应耦合等离子体中线圈产生的空间电场分布、等离子体电阻、电感及功率耦合效率等进行了数值计算.在计算过程中,考虑了低气压等离子体无碰撞随机加热机制的作用.结果表明,同心线圈的感应电场呈中空分布,径向和轴向均呈现很大的不均匀性;功率耦合效率随线圈品质因数Q及耦合系数K的增大而增大.功率耦合效率的理论分析和计算为线圈优化设计提供了依据.     

电感耦合腔室中等离子体特性分析及线圈优化

半导体镀膜均匀性和刻蚀精度的要求越来越高,对镀膜工艺及刻蚀工艺提出了更高的要求。现有的PECVD设备的镀膜特点是中间厚、边缘薄,镀膜均匀性有待提高。本文在研制PECVD设备过程中,通过COMSOL仿真软件,对影响电感耦合产生等离子体的因素进行仿真,结果表明：电子密度随着极间距、腔室压力、线圈功率的增大而增大。应用仿真软件的等离子体、AC/DC、优化模块进行线圈摆放位置的优化,以自定义的径向电子密度检测线上的梯度值为目标函数,通过约束函数使线圈径向移动,得到等离子体分布均匀的线圈分布图,优化后的电子密度均匀性提高34.7%。本文的研究成果应用于自主研制的PECVD设备之中,效果好,满足了用户要求。     

电感耦合放电对双频容性耦合Ar-N_2等离子体物理特性的影响

电感耦合等离子体增强的容性耦合等离子体是一种新的等离子体源,采用这种放电方式可以获得高密度均匀的等离子体。本文主要利用朗缪尔单探针对以下几种放电方式的等离子体性质进行诊断:1双频(60,13.56 MHz)容性耦合等离子体;2电感(13.56 MHz)耦合等离子体;3电感(13.56 MHz)耦合增强的双频(60,13.56 MHz)容性耦合等离子体。通过研究电感耦合放电对容性耦合放电的影响,以及电感耦合功率、混合气体比例等宏观参量对等离子体特性的影响,获得材料处理的最佳条件。实验发现当气压是5Pa时:1双频容性耦合等离子体密度是1010 cm-3左右,极板边缘处等离子体密度较低,中心处较高。随着氩气比例增加,等离子体密度提高,电子温度降低。2电感耦合等离子体放电,随着氩气比例增加,等离子体密度增大。当氩气比例增加到70%,等离子体密度发生数量级改变,高于双频容性耦合等离子体。3电感耦合增强的双频容性耦合等离子体密度较高,当氩气比例是80%,容性电感耦合功率200 W时,组合放电等离子体密度最高,均匀性较好,电子温度升高,径向差别不大。通过实验得出,当氩气比例为80%,容性高低频功率分别为150和50 W,电感耦合功率是200 W时,双频(60,13.56 MHz)与电感(13.56 MHz)组合放电可以获得高密度均匀的等离子体。