輝光放電等離子體鞘層流體動力學(xué)模擬.pdf

1、本文主要采用流體動力學(xué)的方法，系統(tǒng)地對直流輝光放電、射頻輝光放電鞘層區(qū)域各個等離子體參量進行了有效的建模和求解，得到了理想的結(jié)果。 在對直流輝光放電進行模擬的時候，我們從連續(xù)性方程出發(fā)，將離子與中性分子間的動量交換碰撞引入了鞘層區(qū)域的運動方程，研究了不同氣壓，不同初始離子密度比例對氮等離子體陰極鞘層區(qū)域N<'+>、N<'+><,2>離子密度、電子密度、電位、電場強度沿空間分布的影響。結(jié)論如下：離子在向陰極輸運的過程中，密度逐漸減

2、少，而且在鞘層邊界下降最快，之后趨于緩和，基本上可認為離子在鞘層中間部分是均勻分布的；在鞘層邊界附近，電子密度下降的速度比離子更快；在不同氣壓下，隨氣壓的升高，N<'+>、N<'+><,2>離子在鞘層內(nèi)密度增大，鞘層變薄，電場增強；在N<'+>、N<'+><,2>離子以相同初始密度進入陰極鞘層后，N<'+><,2>離子密度始終比N<'+>離子密度大。 本文建立了自洽的射頻偏壓等離子體鞘層流體動力學(xué)模型，研究了等離子體參數(shù)對無碰撞

3、射頻偏壓等離子體鞘層物理特性影響。模型包括描述離子運動的含時間相關(guān)項的連續(xù)性方程、動量方程和決定鞘層內(nèi)電勢時空分布的泊松方程以及可以自洽地決定基板電位和鞘層厚度關(guān)系的電流平衡方程，是一套非線性方程組。采用四階龍格——庫塔法求解電流平衡方程，采用三對角矩陣的“追趕法”來求解泊松方程，采用有限差分法求解離子的流體動力學(xué)方程。實現(xiàn)了較寬射頻頻率和等離子體參數(shù)范圍的射頻偏壓等離子體鞘層時空演化特性的模擬。我們發(fā)現(xiàn)外加射頻頻率ω與離子等離子體頻率