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     

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。     

小型腔式微波离子源的等离子体产生及引出特性

研制了一种用石英管制作的小型腔式微波离子源，该腔套在石英管的一端，封装两电极引出系统。该离子源利用腔激发起的表面波在石英管内产生等离子体柱。在微波频率为2．45GHz、输入功率为93W时，氮的引出离子流密度可高达91．7mA／cm2。这种表面波放电等离子体源具有体积小、结构简单，在宽的压强范围内能产生再生性好、工作十分稳定的等离子体柱（1012～1013cm-3）等特点。还给出了放电的自一致描述以及放电的电子密度与压强、等离子体柱半径和输入功率的关系。     

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.     

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.     

宽气压范围内裂缝天线等离子体特性研究

给出了气压为10～28000Pa时,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(1011cm-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.     

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.     

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。     

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     

潘宁气体真空等离子体天线的基本特性研究

根据潘宁气体放电的物理特性,定性分析了等离子体天线中氦氩潘宁气体放电的特性,实验测量了充满氦氩潘宁气体的等离子体天线与充满纯氦或纯氩等离子体天线的等离子体长度、等离子体密度,得出等离子体天线中充入氦氩潘宁气体时,在同等条件下能使等离子体天线的有效长度更长,等离子体密度更高。等离子体密度对天线的辐射效率和隐身性能影响很大,因此研究氦氩潘宁效应存在时表面波等离子体柱的等离子体长度与所加射频功率的关系和等离子体密度沿天线的分布对于提高天线的辐射效率和隐身性能至关重要。     

小型腔式微波离子源的等离子体产生及引出特性

研制了一种用石英管制作的小型腔式微波离子源，该腔套在石英管的一端，封装两电极引出系统。该了源利用腔激发起的表面波在石英管内产生等离子体柱。在微波频率为２．４５ＧＨｚ，输入功率为９３．Ｗ时，氮的引出离子流密度可高达９１．７ｍＡ／ｃｍ２＾２。，这种表面波放电等离子体源具有体积小，结构简单，在宽的压强范围内能产生再生性好，工作十分稳定的等离子体柱等特点。     

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.     

脉冲微波表面波PECVD在有机PET表面沉积DLC薄膜的阻隔性研究

目的 探讨使用脉冲微波表面波等离子体辅助化学气相沉积技术在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料表面沉积类金刚石薄膜作为阻隔层的可行性。方法 以C2H2为单体,氩（Ar）为放电气体,采用脉冲微波表面波等离子体化学气相沉积（PECVD）技术在有机PET材料表面沉积类金刚石（Diamond-like Carbon, DLC）薄膜。研究工艺参数,如脉冲微波放电功率、工作气压、单体与工作气体的体积比等,对DLC薄膜沉积速率和阻隔性能的影响。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、原子力显微镜（AFM）、氧气和水蒸气透过率测试仪等对薄膜结构与性能进行表征。结果 DLC薄膜的结构和成分随着等离子体放电工艺参数的变化而改变,造成其阻隔性能也随之发生变化。PET表面沉积纳米级DLC薄膜后,氧气透过率和水蒸气透过率可以分别降至0.58 mL/(m2?d)和2.5 g/(m2?d)。结论 DLC薄膜对氧气和水蒸气都表现出良好的阻隔性,可以应用于食品、药品的阻隔包装。     

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)。     

用于电离层环境模拟器的ECR等离子体源

为了经济地考验空间电离层等离子体对处于其中的飞行器表面的作用，需要在地面建立等离子体环境模拟器。本就是为空间电离层环境模拟研制的扩散型极低气压，低电子温度和极低密度的紧凑型电子回旋共振等离子体源的研制，结果显示：在等离子体源下游50cm处，在10^-2-10^-3Pa范围内获得了电子温度低于5eV，密度在10^4-10^6cm^-3范围内的较为均匀的等离子体束流，基本满足了空间环境模拟实验的需要。     

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。     

水蒸气等离子体诱导凝结分子动力学研究

本文采用分子动力学方法初步讨论了水蒸气非平衡态等离子体形成机理和增强凝结机理。非平衡态等离子体放电部分建立水蒸气放电模型,基于该过程获得等离子体中的主要荷电粒子类型为O^-,OH^-和H2O⁺。采用密度泛函理论OH^-和H2O⁺的电荷分布进行理论计算。采用SPC/E力场对凝结过程进行分子动力学模拟。分别计算在凝结过程中,这些荷电粒子诱导成核的增长过程。将该微观过程与宏观理论相对照,初步获得等离子体诱导蒸汽凝结的微观机理。     

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。     

真空环境下指数脉冲放电等离子体特性分析

真空环境内金属电极放电产生的等离子体不同于气体放电等离子体,具有特殊的性质.本实验采用持续时间为10μs,幅值约600A的指数变化的脉冲电源进行放电;运用朗缪尔探针法对放电生成的等离子体的相关参数进行测量,讨论了放电生成的等离子体的特性,分析了电极间距对放电等离子体密度的影响;同时运用AnsoftMaxwell3D仿真软件对电极间的电场分布情况进行了仿真分析.实验发现采用指数脉冲放电能生成高密度的等离子体,且生成的等离子体密度随电极间距增大而增大.