He-Ar潘宁过程对表面波等离子体柱功率的影响

由单极驱动的表面波等离子体(Surface-wave-sustained plasma,SWP)是近年发展起来的一种低气压、高密度等离子体,这种技术非常适用于等离子体天线等领域.本文介绍了一种简易实用的SWP源,研究了He-Ar组成的潘宁气体对于表面波等离子体柱的放电起始功率及维持功率的影响.测试了不同潘宁气体配比时的等离子体密度和等离子体温度.研究结果表明,应用合适配比的潘宁气体对于等离子体特性有很大影响,它可以有效地降低放电起始功率和放电维持功率,提高等离子体密度,等离子体温度略降低.     

表面波等离子体天线的能量衰减系数研究

根据功率平衡原理,得到了表面波等离子体天线中等离子体柱长度、等离子体密度与馈入功率的关系,导出了表面波等离子体天线中能量衰减系数沿轴向分布.实验测得充气压强为0.5Pa,6Pa和40Pa时等离子体柱长度、馈入功率和等离子体密度,得到能量衰减系数的实验值.结果表明,等离子体柱上z点的能量衰减系数为该点到等离子体柱顶端距离的倒数,实验所测结果与理论符合得很好.该结论对研究表面波等离子体天线的激励和维持十分重要.     

不同激励参数对DBD等离子体放电功率的影响

为探索DBD等离子体放电功率与各激励参数之间的联系,本文建立了二维的板-板电极简化仿真模型,分别研究了脉冲、正弦交流两种激励的放电频率、电压与放电功率间的具体函数关系。仿真结果显示：一定条件下,放电功率正比于脉冲电压峰值的1.381次方、正比于脉冲放电频率的1.097次方,即放电功率与脉冲电压峰值及脉冲放电频率间均有幂函数关系;放电功率与正弦交流电压幅值呈现指数函数关系,放电功率与正弦交流放电频率间近似线性关系;实际工程中,需要增大DBD等离子体放电功率时,应尽量选用提高电压峰值（幅值）,而避免选择提高放电频率。     

柱形单极表面波等离子体天线控制模型研究

由气体分子动力学及波尔兹曼方程建立了基于柱形单极表面波等离子天线结构的控制模型,通过推导和计算得出了一系列模型方程。通过与实验数据的分析对比,发现在一定条件下模型数据与实验测试结果吻合良好。模型可用于等离子体天线参数控制、预测以及等离子天线的参数重构控制。     

He—Ar潘宁过程对表面波等离子体的影响

潘宁过程可以有效地降低直流、低频放电中的放电起始电压.关于射频放电,特别是表面波等离子体中的潘宁过程的研究,目前还很少有报道.本文介绍了一种由Ro-box装置激发的SWP源,通过实验方式研究了此装置产生的表面波等离子体柱中的He-Ar潘宁过程对其物理性质的影响.结果表明,合适配比的潘宁气体对于表面波等离子体柱特性有很大影响,它可以有效地降低放电起始功率和放电维持功率,延长等离子体柱长度,提高等离子体密度等;在此过程中电子温度略降低.本研究为在表面波等离子体应用中获取合适的等离子体参量提供了新的途径.     

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     

智能等离子体天线的等离子体参数需求分析

利用CST电磁仿真软件,建立了智能等离子体天线的仿真计算模型,研究了等离子体的电子密度和碰撞频率对智能等离子体天线辐射性能的影响,在此基础上,分析得到了智能等离子体天线的等离子体参数需求。对于智能等离子体天线,为了提高其最大辐射增益,应尽可能提高柱状等离子体的电子密度,同时降低其碰撞频率,并且在电子密度和碰撞频率提高相同倍数的情况下,电子密度的影响大于碰撞频率的影响。     

介质管内等离子体表面波传播特性研究

研究了同轴对称表面波沿介质管内的等离子体轴向传播的特性,导出了介质管内外的电磁场表达式,数值计算并仿真模拟了等离子体密度、信号频率、介质管内径、碰撞频率等因素对表面波在等离子体中传播的影响。结果显示,密度在1016m-3~1017m-3量级的等离子体更接近金属导体,介质管半径在11 mm~19 mm之间更有利于表面波的传播,而碰撞频率的影响并不明显。此结果对实验具有重要的指导意义。     

声表面波换能器激励的有限元仿真

采用有限元法分析了声表面波换能器电极上的激励问题。从声场波动方程、麦克斯韦方程以及压电本构方程出发,利用哈密顿原理,推导了在压电介质中声表面波有限元方程,然后采用Newmark法对有限元方程进行时域变换。分析了换能器电极上的静态电荷分布和动态电荷分布。对压电介质中声表面波振动振幅进行计算并分析了质点振动振幅随深度的变化情况。     

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.     

激励功率对微机械谐振梁谐振频率的影响

对谐振式微机械传感器的敏感元件——微机械谐振梁的谐振频率特性进行了详细的实验研究,并从理论上分析了激励功率对谐振频率的影响．实验结果表明,谐振频率随着激励功率的增加而近似线性减小,当激励功率从1．1mW提高到10．1mW时,谐振梁的谐振频率降低了1．609kHz,灵敏度为0．179kHz／mW．实验结论与理论分析的结果基本一致．若要使激励功率对谐振频率的影响减小,则要求降低激励功率并减小梁的长度,增大梁的厚度和宽度．上述研究结论对优化谐振式微机械传感器敏感元件结构尺寸的设计有指导意义．     

Waveguide-surfatron型表面波等离子体源的特性研究

报道了所研制的Waveguide-surfatron型表面波等离子体源的特性,理论计算表明,激发表面波模式为m≥l模,在放电室中电磁场均匀性与等离子体的密度有关。实验结果指出,采用Ar气放电,在气压为10～1000Pa,微波功率800～1000W的范围内可形成大面(体)积(直径为160mm)等离子体,其电子温度为1～4eV,等离子体密度为10     

表面波激发等离子体合成类金刚石薄膜的实验研究

用表面波等离子体装置进行了类金刚石薄膜的合成实验,研究了微波功率、基底负偏压和气体组成等条件对成膜的影响.用拉曼光谱和扫描电子显微镜对薄膜结构和表面形貌进行了分析,得出在100Pa的工作气压下,使用CH4放电,大功率和高偏压有利于生成质量较好的薄膜.     

表面波激发等离子体合成类金刚石薄膜的实验研究

用表面波等离子体装置进行了类金刚石薄膜的合成实验，研究了微波功率、基底负偏压和气体组成等条件对成膜的影响。用拉曼光谱和扫描电子显微镜对薄膜结构和表面形貌进行了分析，得出在100Pa的工作气压下，使用CH4放电，大功率和高偏压有利于生成质量较好的薄膜。     

新型表面波等离子体源的诊断及不同工艺条件下的等离子体特性

表面波等离子体(Surface-wave-sustained plasma,SWP)是近年发展起来的一种新型低压、高密度等离子体。应用这种技术,很容易实现镀膜过程中的离子束辅助沉积(IBAD),从而制备出性能优异的类金刚石薄膜(DLC)。本文介绍了一种新型的SWP源,说明了朗缪尔探针等离子体诊断的基本原理,研究了微波功率、靶电压、真空度等对等离子体特性的影响。测试了不同工艺条件下的等离子体密度,电子温度,等离子体电位,悬浮电位。研究结果表明,微波功率、靶电压和真空度等参数对等离子体特性具有重要的影响。结果同时表明,这种表面波等离子体源即使在0.85 Pa的真空度下也能够产生高达1.87×1011cm-3的电子密度(在2.8 Pa可达2.1×1012cm-3)。     

真空等离子体天线的基本特性研究

利用根据单极表面波驱动等离子体天线原理建立的等离子体天线,通过实验和理论方法验证了单极表面波等离子体天线的等离子体长度与所加射频功率的关系,主要研究了不同射频功率相同充气气压和射频功率相同不同充气气压下的等离子体密度及其沿等离子体天线的分布和电子温度沿天线的变化,并将等离子天线和相同尺寸的铜天线接收本地调频波段电磁波的特性进行了对比,证实了等离子体天线作为接收天线是可行的.     

Waveguide—surfatron型表面波等离子体源的特性研究

报道了所研制的Waveguide-surfatron型表面波等离子体源的特性,理论计算表明,激发表面波模式为m≥1模,在放电室中电磁场均匀性与等离子体的密度有关。实验结果指出,采用Ar气放电,在气压为10-100Pa,微波功率800-1000W的范围内可形成大面（体）积（直径为160mm)等离子体,其电子温度为1-4eV,等离子体密度为10^10-10^11cm^-3量级,实测的等离子体密度与理论计算值基本吻合。     

激光等离子体通道天线的色散特性研究

分析了激光等离子体通道周围为有耗气体媒质时激光等离子体通道天线(LPCA)所传播一般模式的色散特性.建立了LPCA的电磁模型,推导出广义柱坐标系下纵向分量所满足的波动方程和纵向场与横向场的关系,得到激光等离子体通道和周围媒质中的电磁场,利用边界条件导出了LPCA最严格的特征方程,重点讨论了传播常数随等离子体参数和周围介质参数的变化.分析结果表明,通过控制等离子体的频率可以达到控制LPCA色散特性的目的.     

等离子体天线中波的色散关系的研究

本文研究了同轴对称表面波沿等离子体柱轴向传播的色散关系,由此得到的波矢说明了当频率小于等离子体频率时,电磁波沿等离子体柱的传播类似于电磁波沿金属介质交界面上的传播,传播速度接近于光速.因此可以使用等离子体代替金属用来构成最基本的天线振子.     

宽气压范围内裂缝天线等离子体特性研究

给出了气为10－28000Pa,环形倾斜裂缝天线等离子体源的放电特性,实验表明,该源在气压为10－2600Pa范围内是大体积表面波放电,并且在气压为10和230Pa时清楚地观察到裂缝天线附近石英管内的等离子体有较明显的8个瓣和12个瓣（表面波模式可确定为m=4,和m=6）,当气压升高到4000－6000Pa时,在石英管的底端和不锈钢真空室交界处激励起直径约为12cm的高密度等离子体椭球（10^11cm^-3量级）,在气压为11000－14000Pa时,发现等离子体有明显的涡动现象,而当气压上升到20000Pa以上,等离子体有丝状结构出现。