朗缪尔三探针方法脉冲火花放电等离子体诊断

根据强流脉冲电子束源结构及性能优化需求,准确测量脉冲等离子体的分布规律十分重要。基于脉冲火花放电等离子体产生机制和朗缪尔三探针工作原理,设计探针结构和诊断电路参数,满足空间分辨率7.5 mm³。通过数字示波器采集存储原始测量信号,利用Matlab软件编写数据处理程序,可计算得到电子温度和电子密度,其时间分辨率为0.04 μs。将探针置于束源出口位置进行测量,对应真空度7.0×10^-3Pa和放电电压8000 V条件下,等离子体峰值电子温度为3.8 eV,电子密度为4.0×10¹⁸m^-3。在不同放电条件下测量,发现等离子体的电子温度随工作气压增大而减小,电子密度与之相反,提高放电电压时,电子温度和电子密度均出现增大,符合理论分析和实验规律。因此,本文所研制的诊断系统满足脉冲放电等离子体测量要求。     

放电室等离子体诊断朗缪尔探针设计分析

放电室是离子推力器的核心部件,国外开展离子推力器放电室等离子体诊断的实验研究工作较早也较成熟,目前国内开展离子推力器放电室的等离子体参数诊断相关实验研究较少。应用朗缪尔探针可诊断离子推力器放电室等离子体的参数,介绍了朗缪尔探针的基本原理及数据处理并设计了一种用于离子推力器放电室等离子诊断的朗缪尔探针,说明了朗缪尔探针诊断误差的影响因素并提出了相应的处理方法。     

利用朗缪尔双探针诊断电弧离子镀等离子体参数

本文利用朗缪尔双探针对电弧离子镀等离子体进行了诊断.双探针具有收集电流小的优点(小于离子饱和电流),可以避免探针在高密度电弧离子镀等离子体中被烧坏.利用离散傅里叶变换(DFT)对测量曲线进行平滑,有效地克服了电弧离子镀等离子体放电所固有的强烈波动.探针端部设计能够避免由薄膜沉积造成的探针与支撑杆短路问题.实验结果表明,等离子体密度随着弧电流和气压的增加而增加,而电子温度随着弧电流和气压变化不明显.另外,使用双靶放电等离子体密度和电子温度高于单靶放电.这些结果提供了电弧离子镀等离子体的基本参数,对于材料涂层工艺研究具有积极意义.     

基于LabVIEW的朗缪尔单探针数据处理系统

朗缪尔单探针处理系统是使用单探针对符合麦克斯韦电子分布的等离子体放电进行测量诊断的基于Lab VIEW运行的处理软件。该系统通过格拉布斯准则实现了对大误差数据的剔除。使用Savitzky-Golay滤波器对V-I曲线进行平滑处理,在将离子流排除后,对过渡区曲线进行处理与计算,得到等离子体放电相关参数。使用该套处理系统能够快捷准确地将繁杂的探针数据处理工作变得更为简单,为朗缪尔探针的实际应用提供了基础。使用该套探针处理系统处理了电子回旋共振波等离子体放电随功率变化的V-I曲线并得到准确的结果。     

螺旋波等离子体放电特性的射频补偿朗缪尔单探针测量研究

采用射频补偿朗缪尔单探针研究了螺旋波放电中功率、气体压强、磁场强度等对等离子体参数的影响。结果表明,随着功率的增大,等离子体密度会出现两次明显的跳跃,分析认为放电模式经历了由容性模式到感性模式和波模式转变过程。实验发现磁场的增大、放电压强的增大都可以使模式转变的功率阈值提前。同时,在天线上端的测量到低场密度峰的存在,并进行了气压和功率的影响的研究,认为低场峰主要是由螺旋波放电模式引起。     

平等板等离子体鞘层演化过程的PIC模拟研究

为了详细描述等离子体形成过程中鞘层的产生、演化过程,建立了平等板内部等离子体流动过程的PIC模型。在考虑壁面二次电子发射的前提下,模拟得到了放电开始直到放电稳定后的平板等离子体内部和边界处的电场强度、电子密度、离子密度、电势等一系列参数分布,并分析了二次电子发射系数对鞘层厚度的影响分析。模拟结果表明:平等板内部电势相对于边界处较高,中部的电场强度为零,电子密度近似等于离子密度,而在边界处电子密度略低于离子密度,电场方向指向边界处,在等离子体边界处有明显的鞘层。     

等离子体基离子注入菱形靶鞘层扩展的流体动力学模拟

利用流体动力学模型,研究了围绕菱形靶的等离子体鞘层扩展,通过改变靶的形状,考察了不同角度外角对鞘层的时空演化及等离子体参量的影响。结果表明,外角愈尖锐,鞘层扩展速度愈慢,而参考平面处鞘层扩展速度最快,因而使鞘层有向圆柱形扩展的趋势,尽管尖锐的外角处电荷密度高,会吸引较多的离子轰击该处,但非垂直入射会显著降低离子入射剂量。     

电子回旋共振等离子体源的朗谬尔探针诊断

电子回旋共振(ECR)等离子体以其密度高、工作气压低、均匀性好、参数易于控制等优点在超大规模集成电路工艺中获得了广泛的应用.利用朗谬尔探针对ECR等离子体进行了初步的诊断研究,测量了等离子体的单探针伏安特性并计算出电子温度,电子密度和等离子体电势等参量.实验证明,ECR等离子体源能够稳定地产生电子温度较低的高密度等离子体.     

等离子体的Langmuir探针诊断及数值滤波

Ｌａｎｇｍｕｉｒ探针是诊断等离子体荷粒子参数的重要手段。本文首次报道了用加热的调谐探针,在抑制了对探针的射频干扰和“中毒效应”之后,对探针Ｉ－Ｖ曲线的统计涨落噪声进行了数字滤波的光滑化处理,获得了射频辉光放电硅烷等离子体的电子能量分布函数,平均能量和浓度等重要参数。     

等离子体浸没离子注入球形靶的鞘层尺度

对于等离子体浸没离子注入（PIII）技术,球形靶鞘层尺度预测对真空室设计,批量处理研究先进是十分有用的,但由于球形靶鞘层Child-Langmuir定律数学表达的非线笥使得工程应用较为困难,本文对球形靶的鞘层尺度进行了数值求解,讨论了注入参数对鞘层尺度的影响,计算结果表明,鞘层厚度（包括离子阵鞘层和稳态鞘层）随球体半径或注入电压增加而增加,随等离子体密度增加而减小,但对于不同的参数区间,鞘层特性对参数的变化表现出不同的敏感性,当离子体密度较高,注入电压较低时,稳态鞘层厚度对于靶体半径的变化有不敏感,相反鞘层厚度对靶体大小变化较为敏感,虽然平面靶与球形靶的离子辄鞘层尺度比值与等离子体密度及球体半径有关,但平面靶稳态鞘层尺度总是大于球形靶的,这对于实际的PIII应用具有重要的指导意义。     

等离子体浸没离子注入球形靶的鞘层尺度

对于等离子体浸没离子注入(PIII)技术,球形靶鞘层尺度预测对真空室设计、批量处理研究等是十分有用的。但由于球形靶鞘层Child-Langmuir定律数学表达的非线性使得工程应用较为困难。本文对球形靶的鞘层尺度进行了数值求解、讨论了注入参数对鞘层尺度的影响。计算结果表明,鞘层厚度(包括离子阵鞘层和稳态鞘层)随球体半径或注入电压增加而增加,随等离子体密度增加而减小。但对于不同的参数区间,鞘层特性对参数的变化表现出不同的敏感性。当等离子体密度较高、注入电压较低时,稳态鞘层厚度对于靶体半径的变化极不敏感。相反鞘层厚度对靶体大小变化较为敏感。虽然平面靶与球形靶的离子阵鞘层尺度比值与等离子体密度及球体半径有关,但平面靶稳态鞘层尺度总是大于球形靶的。这对于实际的PIII应用具有重要的指导意义。     

离子成分比对等离子体浸没离子注入圆柱形介质管内表面鞘层演化特性的影响

采用一维和双离子自洽流体模型研究了等离子体浸没离子注入圆柱形聚对苯=甲酸乙=醇酯介质内表面的离子鞘层动力学.在模型中,考虑工作气体为氮气时离子成分为氮原子离子N+和分子离子N2+.计算结果表明,不同的离子成分比具有不同的鞘层演化特性,氮原子离子含量高会导致严重的充电效应.在实际工艺中,可通过调整相关参数以降低原子离子N+的成分以抑制充电效应.     

两种正离子对磁化等离子体鞘层中尘埃颗粒的影响

建立了包含两种不同种类正离子的磁化等离子体鞘层的流体模型,通过四阶龙格库塔法数值模拟了含有两种不同种类正离子对等离子体鞘层中尘埃粒子的影响.结果表明对于含有He+和Ar+的稳态等离子体来说,随着离子温度的升高和Ar+密度的增加,尘埃粒子充电所带电量越多;尘埃密度越高,其带电量越低.此外,对于带有一定负电的尘埃粒子来说,离子的温度、鞘边Ar+的含量以及鞘层中离子与中性粒子的碰撞对鞘层中尘埃粒子的密度和速度都产生一定的影响.     

等离子体浸没离子注入(PIII)过程中初始离子阵鞘层尺度内各物理量的时空演化

等离子体浸没离子注入(PIII)是用于材料表面改性的一种较新的、廉价的、非视线的技术.靶体被浸没在等离子体中,等离子体中的离子在靶体负脉冲偏压的作用下注入靶体而实现材料的表面改性.为了描述等离子体浸没离子注入过程,我们引用了一维粒子模型(PIC)对其进行了数值模拟,该模型通过求解空间电势的Poisson方程,电子的Bolzmann分布以及离子在网格中受力运动的Newton运动方程来完成.本文重点研究了一个初始离子阵鞘层内电势、离子浓度、离子注入靶体的速度和动能以及离子流密度的时空演化规律.     

伴有二次电子发射的磁化等离子体鞘层结构特性

建立了包括电子、离子以及器壁发射二次电子的磁化等离子体鞘层流体模型,采用四阶龙格库塔法数值研究了伴有二次电子发射的磁鞘结构特性。模拟结果显示二次电子发射对于弱磁等离子体鞘层中的离子密度影响较大,而对于磁场较强的等离子体鞘层,鞘层中离子密度分布主要由磁场来决定。磁场的存在可以促进器壁电子的发射,磁场的增加或二次电子发射系数的增加都将使得鞘层厚度的减小,同时将导致沉积到器壁的离子动能流发生变化,从而直接影响器壁材料的性能。     

等离子体源离子注入同轴圆柱电极间的鞘层模型

由等离子体源离子注入过程中圆筒零件与内电极构成的同轴圆柱电极间的鞘层扩展模型，推导出鞘层扩展前沿与扩展时间函数关系的微分方程，并利用二次样条插值法求出其数值解。这一结果可用来计算圆筒零件等离子体源内表面离子注入中每一脉冲时间内鞘层的扩展宽度，并依此计算出相应的注入剂量。     

等离子体源离子注入同轴圆柱电极间的鞘层模型

由等离子体源离子注入过程中圆筒零件与内电极构成的同轴圆柱电极间的鞘层扩展模型，推导出鞘层扩展前沿与扩展时间函数关系的微分方程，并利用二次样条插值法求出其数值解。这一结果可用来计算圆筒零件等离子体源内表面离了注入中每一脉冲时间内鞘层的扩展宽度，并依此计算出盯应的注入剂量。     

直流电弧等离子体炬的数值模拟研究

本文建立了直流电弧热等离子体炬的三维模型,利用流体动力学软件FLUENT对氮气热等离子体温度及速度的空间分布进行了数值模拟,并在此基础上研究了工作气体流量的变化对炬内热等离子体传热与流动特性的影响效应。研究结果表明:等离子体温度的最高值出现在阴极附近,并随着轴向距离的增加而减小;等离子体速度则随着轴向距离的增加而增加,在炬出口处达到其速度的极大值;工作气流量的增加对炬内的温度分布影响不大,但等离子体温度呈现出随工作气流量的增加而减小的趋势。     

常压下超音速等离子体射流的数值模拟

数值模拟研究了在二维轴对称情形下,超音速等离子体射流喷射于常压环境中的湍流流动,其中考虑了等离子体物性随温度的大幅度变化,还考虑了粘性耗散。等离子体射流的数学模型采用了Navier-Stockes方程,对湍流的模拟采用了κ-ε方程。计算方法以SIMPLER方法为基础,引入密度修正,得到适用于可压缩流体的p＇方程和p＂方程。p＇方程用来更新现有压力场和密度场,p＂方程用来修正速度场以保证质量守恒。计算结果对常压下超音速等离子体射流的进一步研究有重要的参考价值     

等离子体化学气相沉积金刚石膜过程中光发射谱和朗谬尔探针原位诊断

报道了利用光发射谱(OES)和朗谬尔探针对热阴极直流放电等离子体化学气相沉积金刚石薄膜的等离子体条件进行原位研究的部分结果,研究了几种过程参数变化中等离子体状态,并与金刚石膜的沉积相联系。当CH