輝光放電等離子體鞘層流體動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、本文主要采用流體動(dòng)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(gè)等離子體參量進(jìn)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(jìn)行模擬的時(shí)候，我們從連續(xù)性方程出發(fā)，將離子與中性分子間的動(dòng)量交換碰撞引入了鞘層區(qū)域的運(yùn)動(dòng)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(qiáng)度沿空間分布的影響。結(jié)論如下：離子在向陰極輸運(yùn)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(rèn)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(qiáng)；在N<'+>、N<'+><,2>離子以相同初始密度進(jìn)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(dòng)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(yùn)動(dòng)的含時(shí)間相關(guān)項(xiàng)的連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和決定鞘層內(nèi)電勢時(shí)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(dòng)力學(xué)方程。實(shí)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(shí)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