等离子体鞘层中朗缪尔探针吸收离子电流理论的数值模拟

为了研究朗缪尔静电圆柱型探针半径对等离子体密度测量的影响以及鞘层空间电势分布等特性,在非热平衡条件下采用等离子体鞘层中探针吸收离子模型,对朗缪尔静电探针周围等离子体鞘层空间中的修正玻姆电流、OML理论鞘层空间电势分布、ABR理论鞘层空间电势分布、BRL理论鞘层空间电势分布以及三种理论对应的探针吸收离子电流进行了系统的数值模拟研究。计算结果显示,电子温度和等离子体密度对ABR理论鞘层空间电势分布存在显著影响,离子温度小于0.1倍电子温度时离子的温度效应对BRL理论鞘层空间电势分布的影响可以忽略;探针半径为1~3倍德拜长度时,OML理论、ABR理论及BRL理论预测的归一化离子电流近似相等,即三种理论给出近似相等的等离子体密度。     

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。     

磁控溅射等离子体阻抗影响因素研究

了解等离子体阻抗在磁控溅射放电过程中的变化规律,有利于调控电源和负载之间的阻抗匹配,达到最大化利用溅射功率,提高镀膜质量的目的。为了研究磁控溅射镀膜工艺过程中等离子体的阻抗特性的变化趋势,本文采用V-I probe测量等离子体阻抗大小、极板负偏压等参数,研究了气体流量和溅射功率对等离子体阻抗特性的影响。结果表明,在本文的实验条件下,等离子体始终呈现为容抗特性。当气体流量增大时,受氩气的电离率影响,等离子体阻抗实部R呈现先增大后减小的趋势,阻抗虚部X受到鞘层的影响呈现先减小后增大的趋势。当溅射功率增大时,等离子体阻抗实部R受欧姆加热的影响一直增大,阻抗虚部X受到负偏压和鞘层的影响逐渐减小。     

27.12 MHz基片偏压在调控磁控溅射离子能量中的作用研究北大核心CSCD

在基片上施加射频偏压,调控入射离子能量特性,可以有效地控制薄膜生长与性能。常用的13.56 MHz射频基片偏压具有入射离子能量呈展宽发散分布、较强的高能离子轰击作用问题。为解决这些问题,本文通过提高射频偏压频率的方法,采用拒斥场能量分析技术,研究了27.12 MHz射频基片偏压对磁控溅射基片表面离子能量分布特性和离子通量密度性能的影响。结果表明,27.12 MHz射频基片偏压可以有效降低高能离子密度,提高低能离子密度,使离子能量更集中分布,从而降低高能离子对基片的轰击作用。离子能量分布特性的变化与基片偏压频率提高导致的离子渡越鞘层时间τi延长、离子与中性基团碰撞几率增大有关。碰撞几率增大使高能离子比例降低、低能离子比例增大,离子能量分布变窄,离子能量的发散降低。因此,提高基片射频偏压频率,可以降低离子能量的发散和高能离子对基片产生的不利作用。     

第二十讲 真空离子镀膜

正(接2018年第4期第80页)(1)等离子体鞘:基片(工件)放进等离子体云中,不与等离子体直接接触。基片与等离子体之间隔了一层电中性被破坏了的薄层,是一个负电位区,称等离子体鞘,或称鞘层。在等离子体与容器壁之间,放置在等离子体中的任何绝缘体表面,或插入等离子体中的电极近旁都会形成鞘层。轰击基片的离子的能量部分或大部分是在离子鞘内获得,所以在离子镀中调节离子鞘的电位     

27.12 MHz基片偏压在调控磁控溅射离子能量中的作用研究

在基片上施加射频偏压,调控入射离子能量特性,可以有效地控制薄膜生长与性能。常用的13.56 MHz射频基片偏压具有入射离子能量呈展宽发散分布、较强的高能离子轰击作用问题。为解决这些问题,本文通过提高射频偏压频率的方法,采用拒斥场能量分析技术,研究了27.12 MHz射频基片偏压对磁控溅射基片表面离子能量分布特性和离子通量密度性能的影响。结果表明,27.12 MHz射频基片偏压可以有效降低高能离子密度,提高低能离子密度,使离子能量更集中分布,从而降低高能离子对基片的轰击作用。离子能量分布特性的变化与基片偏压频率提高导致的离子渡越鞘层时间τ_i延长、离子与中性基团碰撞几率增大有关。碰撞几率增大使高能离子比例降低、低能离子比例增大,离子能量分布变窄,离子能量的发散降低。因此,提高基片射频偏压频率,可以降低离子能量的发散和高能离子对基片产生的不利作用。     

真空断路器弧后鞘层发展过程仿真分析

以真空断路器弧后鞘层发展过程为对象,采用等离子体流体力学模型,求解电子、离子密度和平均电子能量的漂移扩散方程和耦合电场的泊松方程,引入粒子间碰撞反应,仿真分析其弧后介质恢复变化和鞘层发展阶段电子和离子的空间分布、密度分布以及间隙电势分布。采用对比分析法,研究不同初始条件对鞘层发展的影响,结果表明:在保持其余参数不变的条件下,暂态恢复电压(TRV)斜率和间隙轴向长度均与鞘层发展速度呈正相关,初始等离子体密度和弧后金属蒸气压强均与鞘层发展速度呈负相关。     

PIII中工作气压和占空比优化关系的数值研究

等离子体浸没离子注入中的等离子体扩散过程和鞘层演化行为分别由低压非稳态扩散流体模型与鞘层碰撞流体模型来进行描述,数值模拟研究了工作气压与占空比对离子注入剂量和能量的影响。计算结果表明,工作气压不变时,随占空比变化,一定时间内的离子注入剂量有极大值,并且极大值对应的占空比会随着工作气压降低而减小。工作气压较高时,占空比越小离子碰撞能量越高;而工作气压较低时,占空比越大离子碰撞能量越高。相同工作气压下占空比对离子注入剂量的影响要比离子碰撞能量显著。     

电感耦合等离子体离子注入内表面的数值仿真研究

本文采用Particle-in-cell模型对采用电感等离子体离子注入处理管内表面的动力学过程进行数值仿真研究,考察了电感线宽对管内电势分布、鞘层重叠、离子平均注入能量、剂量和角度等的影响。计算结果表明随着电感线宽的增加,电感线圈对等离子体鞘层扩展的钳制作用增强,管内的鞘层重叠系数下降,电感内的离子消耗速度下降。在鞘层内电场力的作用下,离子会发生聚集,离子聚集点的位置随着电感线宽的增加向外移动。研究结果还表明通过增加电感线宽可以进一步提高管内表面的离子平均注入能量。离子注入以接近垂直的角度注入到管内表面,虽然电感线圈会产生阴影效应,但管内表面的阴影可以通过管与电感线圈的相对运动来消除。     

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.