射频激励的铜和金离子激光器中等离子体特性的实验研究

通过对射频 (RF)放电电压电流以及其相位角的精确测定 ,结合射频放电的物理模型与等效电路 ,对金属铜和金电极He气中的射频放电进行实验研究 ,得出射频放电溅射型铜和金离子等离子体电阻、容抗、鞘层厚度与电流密度的关系 ;在Goydak模型的基础上计算出电子密度 ,得出电子密度与气体压强、放电电流密度之间的实验曲线 ,并对两电极进行了比较。     

高低频不同电压条件下腔室内CCP冷等离子体源的仿真分析

等离子体的状态的变化特征,特别是在双频情况下,是PECVD工艺设备的一项重要指标,这促使人们用不同的方法对它们进行研究。本文使用CFD-ACE 商业软件建立了二维流体模型对N2等离子体进行仿真。首先在高频13.56MHz,高频电压300V,低频电压0V的条件下描述了等离子体,特别是在鞘层部位的电势、电子数量密度、氮自由基和电子温度,分布的基本特征。在此基础上,讨论了高频电压分别是200V,300V,400V时及低频0.3MHz,低频电压分别是500V,600V,700V时对等离子体密度的影响。结论表明,在电极表面形成了约3mm厚的鞘层,在鞘层内电势和电子温度随时间和空间变化较大,而在非鞘层区域内电势跟随电极电压的变化而变化,但几乎不随空间变化,电子温度也只在很小的范围内变化。氮自由基的数量密度也受射频电压的调制,但相对变化很小。等离子体密度仅在鞘层区域内随时间发生变化,所以通过比较主等离子体区参数可以看出,等离子体的密度随着高频电压升高,随低频电压的升高略有下降,同时x方向和y方向的均匀性将会发生变化。因此,在其他条件不变的情况下需要选择合适的高低频电压来获得高密度和均匀性均合乎要求的等离子体。     

射频等离子体中的维持机理

本文涉及到在平行板射频等离子体中,气体大于10bar情况下的维持机理。为了考查研究,选择了两个特殊的频率—380kHz和1 3MHz。描述了包括电极电位和等离子体电位随时间变化的等离子体特性。靠近电极表面存在离子鞘层,这个鞘层中的电压降高到足以使电子获得能量产生电离。本文认为由于电极表面的离子轰击而产生的二次电子发射是主要的维持机理。利用产生率等于电荷流量加上复合率的关系,阐述了一个简单的模型。这就预示着外加电压与电流之间的一种线性关系。这种线性关系在低频情况下得到了实验证实。改变电极材料和改变电极间距都得到了与模型相一致的结果。然后介绍了一种在13MHz频率下测量离子电流的新方法。对于实际测到的低密度,要解释其结果,就需要一个附加维持机理,它来源于等离子体的本底产生。     

射频放电激励激光器阻抗特性实验研究

利用自行研制的传感器＾「１」,通过对射频放电电压电源以及其相位角的精确测定,结合放电管的等效电路,对内置电极射频气体放电激励激光阻抗特性进行研究,得出内置电极射频气体放电激励激光器等离子体的伏安特性曲线,以及等离子体电阻和气体压强、气体放电电流之间的关系。     

铁电阴极低真空电子发射性能的分析

采用锆钛酸铅(PZT)铁电阴极,在高真空4×10-3 Pa和低真空1.4 Pa条件下分别进行了电子发射实验.对收集电流波形进行积分,计算出收集电荷,低真空与高真空的电荷比值为0.193 3,说明低真空条件下发射出的电子损失较大.运用分子运动理论和等离子体放电理论对发射电子损失的原因进行了分析.通过分子运动理论计算了分子碰撞对到达收集极的电子数目的影响,得到的低真空与高真空的电子到达几率分别为89.58%和99.97%,二者的比值为0.896 1.该数值与通过实验收集电流波形计算出的到达电子比值相差很大.考虑低真空下等离子体的作用,发射电子除了与气体分子碰撞有部分损失外,还有通过等离子体和栅电极形成的对地放电损失.由等离子体放电理论计算出等离子体覆盖栅电极时间为23.8 ns,与低真空的收集电流振荡周期20 ns非常接近,是低真空下等离子体放电损失的有力证明.     

基于二维PIC-DSMC的微间隙气体放电等离子体演化过程研究

准确的理解微间隙气体放电中非平衡等离子随时间的演化过程对于设计气体开关、微电子及其它等离子体器件有着非常大的帮助。通过二维PIC-DSMC耦合算法模拟了一个大气压氮气环境下微间隙平板电极发生气体放电时电子及离子的运动演化过程,得到了气体放电过程中平板电极间电子和离子数密度分布随时间变化的趋势,讨论了阳极附近电子云的形成与演变、阴极附近存在的鞘层以及电子和离子的速度及温度分布,最后将模拟计算得到的击穿电压与帕邢曲线及相关实验结果进行了对比,为相关等离子体器件的进一步发展提供了理论基础。     

CO2激光诱导大气放电特性的研究

为了研究脉冲CO₂激光诱导空气放电的特性,建立了高压电容充放电实验平台,采用间距为8mm、半径为10mm的一对球形石墨电极,取得了放电电压和电流的实时数据,采用2阶振荡电路模型对放电电压和放电电流进行拟合得到了电极间激光诱导放电等离子体的阻抗,并对放电时间、放电延时及抖动做了统计。结果表明,激光诱导放电等离子体的阻抗很小,约1Ω~2Ω,拟合得到的放电等离子体阻抗随放电电压、放电电容、以及激光能量的增加而减小;放电延时随着实验条件的变化在2μs~10μs之间变化,放电延时以及延时抖动随着放电电压和激光能量的增加而降低,而受放电电容大小的影响不明显。由此高稳定性的激光脉冲和高压有助于激光诱导放电过程的稳定。     

介质阻挡激发冷等离子体的放电特性研究

介质阻挡放电是目前常压下最稳定、安全且成本最低的产生冷等离子体的方式。为了研究其放电特性,在分析了其等效模型的基础上,搭建了一台高频高压电源,采用同轴圆筒电极结构,实验研究了在不同电极长度以及不同输入电压情况下的输出电流、电压和放电剧烈程度等特性。实验结果表明：电极长度相同时,输入电压越大,输出电流越大,放电越剧烈;输入电压相同时,电极长度越长,放电剧烈程度几乎保持不变,输出电流越大。实验结果符合其等效模型分析。     

射频激励平板CO2激光器放电机理的理论研究

本文以气体放电理论为基础，利用简化模型推导出射频激励平板CO2激光器气体放电击穿电压的数学关系式，指出影响激光气体放电击穿的几个物理参量。通过对激光气体放电进行数值模拟，得出放电等离子体电压－电流密度特性曲线，讨论了影响该曲线的物理因素，描述了放电等离子体的物理结构模型。把理论结论与相关实验测试结果比较，二者符合一致。     

CO2激光诱导空气等离子体放电通道特性研究

为了研究高能脉冲CO₂激光诱导空气等离子体放电通道的特性,建立了高压电容充放电实验平台,激光束经离轴抛物聚焦镜汇聚,引发间距可调的盘状电极和针状电极之间的等离子体放电通道。利用电气参量测量、发射光谱测量等手段,分析了等离子体放电通道的启动特性、阻抗特性和等离子体密度。结果表明,激光束与放电方向同轴的结构以及较大的脉冲能量,使得激光诱导等离子体放电通道的启动时间大幅缩短,50mm间距的等离子体通道,启动时间约为2μs;激光诱导等离子体放电通道的阻抗很小,约1Ω~2Ω,并且阻抗值随放电电压的增加有减小的趋势,而与等离子体通道长度的关系不明显;由谱线的Stark展宽计算获得的空气击穿之后、放电启动之前的等离子体电子密度约为1019cm-3,尽管放电启动时等离子体辐射显著增强,但等离子体密度近乎单调下降。这些结果将有利于高能脉冲CO₂激光诱导空气等离子体放电通道的应用研究。     

掺氢溴化亚铜激光器动态阻抗的研究

重点用固定比例的氖氢混合气体研究和比较了掺H前后激光器的光电脉冲波形和等离子体动态阻抗.实验装置采用普通倍压充电通过闸流管放电电路.放电电压用Tektronix P6015A高压探头跨接于激光放电管电极测量(阳极接地),放电电流用Pearson Model 410 脉冲电流转换器套接在激光放电管阳极引线上探测,快响应光电二极管测光脉冲波形.实验分别在纯氖气和掺H 2%、2.5%的氖氢混合气体稳定流动的情况下进行,激光器稳定工作时,测量激光管电压和电流波形,以及激光脉冲波形,同时记录采样数据.实验结果表明,掺入2%的氢使放电激励的电压幅度增加了约34%,而电流脉冲幅度却下降了约23%,激励阶段激光放电管的等离子体阻抗增加了约3倍;光脉冲宽度明显增大. 我们认为H的加入改变了放电的微观过程,使得激光放电管中等离子体阻抗增加.再深入的研究表明 H对电子有很强的可剥离吸附作用,在放电余辉期,H吸附了大量的电子,导致电子密度减少,等离子体电阻增加,使激发态原子和离子能快速地消激励.(PC1)     

有机双层薄膜器件界面限制传导温度特性研究

通过对器件的温度特性的研究,能够使器件在合适的温度下保持稳定的工作状态.本文以Miller-Abrahams跳跃传导理论为基础,建立了有机-有机界面限制电流传导的电荷传输的解析模型.依据此模型分析了结构为“注入电极/有机层Ⅰ/有机层Ⅱ/收集电极”的双层薄膜器件在有机界面限制电流传导状态下的电流、电场和载流子分布与工作温度的变化关系.结果表明,在给定的工作电压下,温度升高时降落在层Ⅰ的电压升高,电场增强,而降落在层Ⅱ的电压降低,电场减弱,同时器件的电流增大.     

真空电子技术

0463 2005010061流状电极结构对大气压表面放电的影响/张锐,汪磊,徐蕾,程诚,詹如娟(中国科技大学)11真空科学与技术学报一2004,24(3)一216一218研究了梳状电极结构对大气压表面放电的影响,发现频率固定时放电电流随着外加电压的增加而增加,而电压固定时在某个颇率范围内放电电流有最大值;在相同的电压和频率下较宽的电极条宽可以产生较大的放电电流,而电极条间距又们玫电电流几乎没有影响;用整块金属板做接地电极相比于梳状接地电极可以产生较大的放电电流;另外,较厚的电压电极可以在介质板表面产生更明亮、厚度更大的放电等离子体.图5参5(…     

射频激励铜离子激光器阻抗特性实验研究

利用自行研制的传感器和测量装置 ,通过对射频放电电压电流以及其相位角的测定 ,结合放电管的等效电路 ,对射频激励激光器阻抗特性进行研究 ,得出射频激励激光器等离子体的伏安特性曲线 ,以及等离子体电阻、容抗与气体压强、放电电流之间的实验曲线。     

人体静电放电参数对带电电压的依赖关系研究

在带电电压为200～3000V的范围内测量了带电人体放电电流和上升时间,计算了其他放电参数;研究了放电参数与电压和电板速度的相关性.将RampeWeizel定理用于空气中带电人体的小间隙静电放电模型.观察发现在电压为800V时放电参数在电极运动速度影响下出现临界值.当电压高于1000V,或低于600V时,电极移动速度对放电参数的影响出现降低的趋势.     

朗谬尔探针法测量横流CO_2激光器的电子密度

本文讨论了探针在流动等离子体中的鞘层变化,在厚鞘层情况下,用朗谬尔探针测量了在不同偏压和主放电电流下的离子电流,并计算出不同放电电流下的电子密度,给出了电子密度的顺流分布。     

伸杆对星载电场探测仪的影响研究

通过一定长度的伸杆使电场探头与卫星本体保持一定的距离,可以减小卫星本体鞘层对电场测量的影响。但卫星在运行时伸杆与电场探头之间可能存在电位差,从而为电场测量引入误差。该文利用卫星与等离子体相互作用模拟软件(SPIS)并结合法国DEMETER卫星的伸杆和电场探头模型,模拟了伸杆与探头之间不同电位差对电场探头收集电子流的影响,模拟表明当伸杆电位低于探头电位时,对电场测量影响较小,当伸杆电位高于探头电位时,对电场测量影响较大,且电位差越大,影响越显著。当等离子体浓度增大即德拜长度减小时,伸杆电位形成的鞘层减小,因此伸杆对电场测量的影响比低浓度时有所减小。     

有机双层薄膜器件界面限制传导温度特性研究

通过对器件的温度特性的研究,能够使器件在合适的温度下保持稳定的工作状态.本文以Miller-Abrahams跳跃传导理论为基础,建立了有机-有机界面限制电流传导的电荷传输的解析模型.依据此模型分析了结构为"注入电极/有机层Ⅰ/有机层Ⅱ/收集电极"的双层薄膜器件在有机界面限制电流传导状态下的电流、电场和载流子分布与工作温度的变化关系.结果表明,在给定的工作电压下,温度升高时降落在层Ⅰ的电压升高,电场增强,而降落在层Ⅱ的电压降低,电场减弱,同时器件的电流增大.     

热离子能量转换器中物理过程的分析

本文介绍了热离子能量转换器(简称TEC)的点火型工作状态及其分析计算的物理模型,将电极之间分成五区:即阴、阳极鞘层,过渡区和中性等离子体区;讨论了TEC内的电离机构,计算伏安特性和等离子体参量分布的方法,给出了国外数值计算的结果。 文章指出:TEC内的电离主要决定于阶梯电离;等离子体参量由一维电子和离子流输运方程、连续方程和能量输运方程来描述;电极附近的过渡区则作为边界条件来处理。     

离子源中等离子体密度与有关参量之间关系的初步探讨

本文介绍了利用朗谬尔探针对离子源放电特性进行实验研究的一些结果。讨论了离子源的等离子体密度与放电电压,弧流以及外加磁场之间的关系。在放电电压120伏处,离子源的等离子体密度出现极大值,此时,对应的电子能量为最低。等离子体密度与弧流的关系比较简单,而在与外加磁场的关系中也存在有极大值。这三者之间的关系不是独立的,而是相互制约的。