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。     

螺旋波等离子体的密度与离子能量分布的诊断

螺旋波等离子体是一种高密度的低温、低气压等离子体。这种等离子体在超大规模集成电路工艺、微机电系统加工、新型薄膜材料及纳米材料制备、材料表面改性以及气体离子激光器等方面具有广泛的应用前景。本文采用一套球栅阻滞场带通式能量分析器 ,对螺旋波等离子体在工艺室扩散区样品架表面的特性进行了一些初步的实验研究 ,主要测试了在样品附近的等离子体在其表面上所形成的离子流密度 (从而导出等离子体密度 )以及入射离子的能量分布 ,并对这些参数随射频输入功率的变化进行了研究。研究发现 ,在螺旋波等离子体的扩散区 ,离子能量分布的宽度比用离子温度预期的值大得多 ,本文定性地讨论了其原因     

大面积等离子体片分层现象的实验研究

为了研究大面积等离子体片的分层特性,利用脉冲磁约束线形空心阴极放电装置,在150 Pa氦气中产生了持续时间为200μs、面积为60 cm×60 cm的大面积等离子体片。采用快帧法和旋转空心阴极法利用郎缪尔探针首次获得了等离子体片分层时厚度方向电子密度分布及其演化构成的二维分布图;基于获得的二维分布图,研究了分层等离子体片厚度方向电子密度的分布特征与磁场强度和放电电流的关系。实验发现,等离子体片分层时厚度方向电子密度呈现双峰曲线分布特征;当放电电流为2 A,磁场强度为1.5×10~(-2),2.25×10~(-2),3×10~(-2)T时,双峰间距分别为0,3.2,8.4 mm;当磁场为3×10~(-2)T,电流为1,2,3,4 A时,双峰间距分别为8.6,8.2,6.8,5 mm。结果表明:分层等离子体密度峰值间距随着磁场的增强和放电电流的降低而增大。     

螺旋波等离子体的密度与离子能量分布的诊断

螺旋波等离子体是一种高密度的低温、低气压等离子体。这种等离子体在超大规模集成电路工艺，微机电系统加工、新型薄膜材料及纳米材料制备、材料表面改性以及气体离子激光器等方面具有广泛的应用前景。本采用一套球栅阻滞场带通式能量分析器，对螺旋波等离子体在工艺室扩散区样品架表面的特性进行了一些初步的实验研究，主要测试了在样品附近的等离子体在其表面上所形成的离子流密度（从而导出等离子体密度）以及入射离子的能量分布，并对这些参数随射频输入功率的变化进行了研究。研究发现，在螺旋波等离子体的扩散区，离子能量分布的宽度比用离子温度预期的值大得多，本定性地讨论了其原因。     

真空放电中磁场对等离子体生成特性的影响

本文针对锥-筒、锥-螺旋电极结构,通过Ansoft Maxwell 3D电磁场仿真软件,分析了放电时,两种电极内部的电场分布与磁场分布。通过朗缪尔探针法,对真空放电生成的等离子体参数进行了测量,重点讨论了电极内部磁场对等离子体生成密度的影响。在上述讨论的基础上,针对锥-螺旋电极,进一步分析了螺旋电极的螺距对电极间的电磁场分布及等离子体生成和传播特性的影响。实验及仿真结果表明,锥-螺旋电极较传统的锥-筒电极,可以获得较高密度的金属等离子体。放电电流在螺旋状电极内部产生的磁场,对向四周扩散的等离子体有一定的约束作用,适当减小螺旋电极的螺距,既可以增大阴极尖端的电场强度,同时可以有效增大螺旋电极内部的磁场强度,更易于在电极轴向获得更高密度的等离子体。     

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。     

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。     

InP表面氮化对Al_2O_3/InP金属氧化物半导体电容界面特性及漏电特性的影响

采用原子层沉积系统中自带的等离子体发生器产生N_2等离子体直接处理InP表面,系统地研究了氮化对Al_2O_3/InP金属氧化物半导体(MOS)电容界面特性及栅漏电特性的影响。实验结果表明,氮化能有效降低界面缺陷密度和边界缺陷密度,抑制InP表面自然氧化物的形成,改善界面质量,提高Al_2O_3/InP MOS电容的电学性能。氮化之后,在Al_2O_3/InP界面会形成一个约为0.8 nm厚的界面层,积累区频散由7.8%降低至3.5%,滞回由130减小至60 mV,界面缺陷密度由5×10~(12)降低至2×10~(12)cm~(-2)·eV~(-1),边界缺陷密度由9×10~(11)降低至5.85×10~(11)V~(-1)cm~(-2),栅漏电流由9×10~(-5)降低至2.5×10~(-7)A/cm~2,这些数据充分证明了采用N_2等离子体直接处理InP表面来钝化Al_2O_3/InP界面的方法是有效的。     

基于新型鼓包法测试NiFe2O4薄膜的力磁性能

为表征NiFe_2O_4(NFO)薄膜材料的力磁性能,利用自主研发的新型多场耦合鼓包测试系统和发展的铁磁材料鼓包力磁本构方程,采用溶胶-凝胶法和化学腐蚀法制备了NFO薄膜鼓包样品,并在不同力磁条件下研究了NFO薄膜力磁耦合性能。结果表明,在外加磁场为0Oe时,NFO薄膜弹性模量和残余应力分别为187.8GPa和500.8 MPa。随着外加磁场的增大,NFO薄膜弹性模量由0Oe时的187.8GPa逐渐增大到800Oe时的484.6GPa;磁致伸缩系数由200Oe时的-94.2×10~(-6)增大到800Oe时的-326.2×10~(-6)。当鼓包油压由0kPa增大到50kPa时,NFO薄膜剩余磁化强度降低75%,矫顽磁场降低44%。     

循环冷却水含铁细菌对20碳钢管壁腐蚀行为的影响

目前,有关循环冷却水中铁细菌对常用材料20碳钢管壁的腐蚀性报道较少。采用电化学测试技术和表面分析技术,研究了循环冷却管常用材料20碳钢在有无铁细菌循环冷却水中的腐蚀行为。结果表明:在含铁细菌的水中,20碳钢自腐蚀电流密度先由2.965×10~(-4)A/cm~2减小至1.420×10~(-4)A/cm~2再增大至1.653×10~(-4)A/cm~2,浸泡第10 d自腐蚀电流密度较无菌水中增加了1.3倍;有菌水中20碳钢的极化电阻呈先增大后减小的趋势,浸泡第10 d时的极化电阻比无菌水中小111.56Ω·cm~2,与极化曲线的变化呈相同的趋势;在有菌水中20碳钢表面有一些明显的腐蚀裂缝,较无菌水中严重;循环冷却水中铁细菌的存在导致20碳钢自腐蚀电位减小、自腐蚀电流增大、极化电阻明显减小,明显影响其元素成分的含量,从而加速了腐蚀进程。     

不同非平衡度磁场环境中溅射等离子体的诊断与分析

采用Langmuir探针对两种不同非平衡度磁场环境中(K值分别为2.78和6.41)的溅射等离子体进行诊断,并使用高斯仪测量靶材表面的磁感应强度,结合靶材表面磁场分布的Ansys软件模拟,分析了等离子体在非平衡磁场环境中的运动规律。结果表明:磁控阴极内侧(靶材表面中部)的溅射等离子体主要参数(离子密度、电子密度及电子温度)在两种不同非平衡度磁场中都具有随靶基距增大而逐渐减小的趋势,大量带电粒子从磁控阴极外端向远离靶材表面的区域运动;K为2.78时的等离子体参数在靶材表面的刻蚀环正上方60 mm范围内明显高于K为6.41时,前者靶材表面的磁感应强度大于后者;向外发散的磁力线数量随K值的增大而增多。     

三阴极级联弧源下氦等离子体的特性研究

采用课题组自行研制的高密度低温三阴极等离子体源研究了氦等离子体的基本特性,拟为研究边缘氦等离子体与偏滤器材料的相互作用提供参数。研究结果表明:(1)氦等离子体电子温度、电子密度均随氦气流量、磁场、电流的增大呈线性增加趋势。其中,电子密度可达10~(19)m~(-3),电子温度小于1 eV。(2)氦等离子体的热负荷及离子通量随磁场、流量的增加而增加,且离子通量可达10~(22)/m~2s~1,热负荷可达19.68 kW/m~2;(3)氦原子光谱随放电电流、氦气流量的增大而增大;(4)距喷口29 cm处的整个截面通过的离子数可达10~(19)/s,约为输入粒子总数的1%左右。     

电磁场对阳极层霍尔推力器电离效率的影响

推力器的电离效率直接影响到推力器的功率、比冲以及推力等重要工作参数,本文主要利用PIC模拟得到阳极层霍尔推力器放电等离子体的平均电子能量以及电子、离子数比率随电磁场变化规律,由此分析电磁场对推力器电离效率的影响情况。由结果可知,平均电子能量在放电电压750 V之前逐渐增加,而后又降低;磁感应强度B小于170×10~(-4) T时,平均电子能量随磁场的增加而增加,之后随磁场的增加而降低。在放电等离子体中离子的比率随着放电电压的增加而增加,在800 V之后略有降低,电子比率的变化和离子比率的变化是个相反的过程。随着磁场的增加离子数比率基本上是一个降低趋势,而电子比率是逐渐增加的。通过平均电子能量、电子和离子比率与E/B之间的关系,得到最佳E/B比值大约为1.6×10~6 m/s。     

细长石英管内直流放电等离子体研究

利用朗缪尔双探针等离子体诊断方法,研究了细长石英管内的低气压直流放电行为,探讨了细长管空间内的放电条件对等离子体参数的影响规律。结果表明:通过提高放电功率和增加阴极数目可以有效的提高等离子体密度,且当放电气压为100 Pa时,电子密度最大,本装置所测最大密度为1.03×10~(17)m~(-3);电子温度则随着放电功率和放电气压的增大而不断减小;放电距离越远,对击穿电压要求越高,分段式放电可以在较低的放电电压下,对较远的电极距离实现直流放电。     

超临界二氧化碳辅助挤出制备微孔醋酸纤维素

为了连续化制备泡孔结构良好的微孔二醋酸纤维素(CDA)材料,采用超临界二氧化碳(SC-CO_2)辅助CDA挤出发泡,通过扫描电镜对微孔CDA材料断面形貌进行了观测,研究了CO_2注气量、螺杆转速和溶剂比对CDA泡孔形貌的影响,结果显示,随着CO_2注气量增加,泡孔密度从9.3×10~7 cm~(-3)增加至1.04×10~(11) cm~(-3),平均泡孔直径从10.06μm减小至1.16μm;随着螺杆转速的提高,压降速率显著增加,泡孔密度从6.6×10~7 cm~(-3)增加到了9.12×10~(10) cm~(-3),泡孔直径从28.1μm减小到了0.88μm;随着醇酮溶剂用量的增加,泡孔密度降低,并出现了泡孔合并现象。采用SC-CO_2辅助挤出发泡技术可以制备出含有致密泡孔结构的微孔CDA材料。     

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。     

轴向式热磁控电离真空规

本文提出一种在轴向发射式电离机构基础上发展成的热磁控电离真空规。根据实验结果,它较Lafferty热磁控规软X射线光电流与阳极电流之比(?)二个数量级(I_x/I_a=2×10~(-9))。其金属电极面积远较Lafferty规为小,除气容易。当压强低于1.33×10~(-6)帕和发射电流为1×10~(-6)安和1×10~(-7)安时,其灵敏度分别为7.5×10~(-4)和3.6×10~(-4)安/帕,相应的光电流本底为5.33×10~(13)帕和1.06×10~(-13)帕。它在无磁场时线性测量上限为1.33×10~(-2)帕。     

现场真空校准装置性能研究

研制了一台校准范围为10~(-5)~10~5Pa的现场真空校准装置。将不同种类单一成分的校准气体引入装置上游室,通过几何尺寸为微米量级激光小孔的衰减,建立校准用标准压力p_(std)。上游室压力变化范围为1~10~3Pa,相应地,校准室内对应的标准压力范围10~(-5)~10~(-2)Pa(N2),测量不确定度为2.4%。另外,该装置可采用与标准真空计直接比较进行动态或静态校准,其极限真空度为10~(-6)Pa量级。对装置暴露大气后的抽气性能、静态压升及其主要计量特性进行了实验研究。实验结果表明,该装置外形尺寸以及质量分别为475 mm×420 mm×800 mm、37.8 kg,校准范围为1.9×10~(-5)~1.0×10~5Pa,相对合成标准不确定度为2.8%~0.40%。     

气相色谱法测定氮中丙烯腈含量研究

采用气相色谱法测定氮中丙烯腈气体的含量,通过优化载气、氢气和空气流量以及柱温等条件,确定2×10~(-6)~5×10~(-6)mol/mol的氮中丙烯腈气体的测量条件。结果表明,优化后的载气、氢气和空气流量分别为40,40,400 m L/min,柱温130℃;该方法在0~7×10~(-6)mol/mol范围内具有很好的线性(r=0.9998),在2×10~(-6)~5×10~(-6)mol/mol范围内相对标准偏差小于0.17%。研究可为相关检测提供技术参考。     

利用准光腔对辉光放电等离子体诊断分析

利用建立的准光腔谐振系统对辉光放电空气等离子体中电子密度参数进行了诊断分析。通过测试加载等离子体前后准光腔谐振系统的谐振参数,计算得到被测等离子体的等效复介电常数及电子密度。实验结果表明:采用准光腔诊断辉光放电空气等离子体,测试结果重复性好;当工作气压在30~35 Pa,放电电流在2~8 A时,等离子体密度范围在10~(16)m~(-3)量级,且在相同气压下,电子密度随放电功率增加而增加;与采用标准Langmuir探针的诊断结果相比较,二者差别不大。证明了采用准光腔谐振系统诊断辉光放电等离子体的可靠性与准确性。