电子回旋共振等离子体的数值研究

论文摘要

电子回旋共振等离子体具有等离子体密度高,电离度大,工作气压低,均匀性好,工艺设备简单,参数易于控制等优点。当工作气压低于10mTorr时,减少了衬底受热和离子轰击效应对衬底的损伤。在工作室内,不引入电极,减少了杂质的污染,增加了反应气体的稳定性。在发散性磁场中,可以将等离子体有效地引出,获得低损伤和方向性、均匀性良好的等离子体流。电子回旋共振等离子体源低压下产生的高粒子密度,使得共振微波等离子体技术在表面处理,等离子体刻蚀和薄模制备,尤其是高品质的激光惯性约束聚变薄膜靶的制备中有着重要的应用。本文采用二维轴对称的流体模型对大连理工大学三束材料改性国家重点实验室的微波电子回旋共振等离子体装置产生的等离子体进行了数值研究。运用电动力学理论,建立了磁场线圈产生磁场的数学模型;运用等离子体磁流体力学理论,建立了微波电子回旋共振等离子体的数学模型。在建立模型中,根据装置的特性作了轴对称假设;用三维Simpson数值积分公式数值计算了磁场和共振区,分析了磁场线圈中电流强度的大小对磁场及共振区的影响;用有限差分法数值求解了等离子体满足的微分方程初边值问题。对微波电子回旋共振等离子体中的各种物理参量,包括电子密度,电子温度及等离子体电势进行了数值模拟,分析了气体压强和微波功率对等离子体中各物理量随时间演化及空间分布的影响。第一章主要介绍了等离子体概述,微波电子回旋共振等离子体技术的相关情况,包括微波电子回旋共振等离子体源装置及其实验和理论研究;第二章给出了微波电子回旋共振等离子体数学模型,包括基本方程、无量纲方程、初始条件、边界条件及参数的选取等;第三章给出了磁场模拟的结果第四章为等离子体的模拟结果及分析;包括,电子密度随时间的演化,稳态时电子密度及电子温度模拟结果,微波功率和气压对电子密度和电子温度的影响。最后对本文的工作做了总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 等离子体
• 1.1.1 等离子体概述
• 1.1.2 等离子体的研究
• 1.1.3 低温等离子体
• 1.2 微波ECR等离子体技术
• 1.2.1 微波ECR等离子体技术的基本原理
• 1.2.2 微波ECR等离子体技术的实验研究
• 1.2.3 微波ECR等离子体技术的理论研究
• 1.2.4 微波ECR等离子体技术的应用
• 2 微波ECR的等离子体数学模型
• 2.1 模拟对象
• 2.2 基本方程
• 2.2.1 等离子体物理模型
• 2.2.2 无量纲化
• 2.3 初始条件及参数的选取
• 2.4 边界条件
• 3 微波ECR等离子体磁场模拟
• 3.1 磁场的物理模型
• 3.2 磁场强度的模拟结果
• 4 等离子体模拟结果
• 4.1 模拟结果随时间的演化
• 4.1.1 电子密度随时间的变化
• 4.1.2 离子密度随时间的变化
• 4.2 稳态时模拟结果及分析
• 4.3 微波功率对等离子体参数的影响
• 4.4 气压变化对等离子体参数的影响
• 4.5 等离子体电势随气压和微波功率的变化
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢