射频电容耦合等离子体的流体动力学/Monte-Carlo混合模型数值模拟

论文摘要

针对导体极板，本文以氩气为研究对象，建立了一个自洽的等离子体流体动力学模型，研究了射频电容耦合等离子体的输运特性。该物理模型包括电子和离子的连续性方程、电子的能量方程以及泊松方程。通过求得的自洽电场，应用蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法，模拟了碰撞效应下轰击到极板上离子的能量分布和角度分布。在一维情形下，给出了电子密度和离子密度时空分布、电场时空分布、电势时空分布、电子流和离子流的时空分布。在二维情形下，给出了电子密度和离子密度空间分布、电场空间分布、电势空间分布、电子流和离子流的空间分布。比较发现，二维情形下离子密度的空间分布不再呈对称分布。在进一步研究中，在考虑碰撞效应情况下，比较了不同初始条件对极板上离子能量分布和角度分布的影响。随着气压的增大，能峰变低能量变小而角度分布变大。而随着驱动电压的变大，能峰变低能量变大而角度分布变小。对于二维模型，同时记录了极板不同位置的离子轰击数，发现由于径向电场的存在，对离子的运动方向产生径向的偏移。与一维情形不同的是，能量分布在高能峰的右边出现第三峰，整体呈三峰分布，并且随着位置离中心轴越远第三峰越明显；极板上的离子角度分布随着位置离中心轴越远而增大，对应于能量分布的第三峰，角度分布也出现了一个小的波峰，依然是随着位置离中心轴越远，波峰效果越明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 等离子体概述
• 1.2 低温等离子体的研究背景及意义
• 1.3 射频偏压等离子体的研究现状
• 1.4 离子能量分布和角度分布的研究进展
• 1.5 本文内容简介及结构安排
• 2. 物理模型和数值方法
• 2.1 流体动力学理论模型
• 2.2 数值方法
• 2.3 边界及初始条件
• 2.4 二维问题
• 3. 流体动力学模拟结果
• 3.1 一维数值结果
• 3.2 二维数值结果
• 4. 碰撞效应对极板上离子能量和角度分布的影响
• 4.1 蒙特卡罗方法
• 4.2 粒子输运中的碰撞效应
• 5. 极板上离子的能量和角度分布
• 5.1 一维数值结果
• 5.2 二维数值结果
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢