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小功率微波等离子体的研究

作　者: 秦怡
导　师: 廖斌
学　校: 华东师范大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 电感耦合等离子体源(ICPS) 微带螺旋电感渐变结构表面电磁流等效介电常数恒磁场作用
分类号: O539
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 95次
引　用: 1次
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内容摘要

近几年基于微系统的小功率微波等离子体源的研究越来越受关注,人们致力于得到一种结构简单,使用寿命长,状态稳定,功耗低,效率高而且无电极污染的小型化等离子体源。这种小功率微波等离子体源一般分为电容耦合和电感耦合等离子源,其中电感耦合等离子体源(Inductively Coupled Plasma Source, ICPS)由于具有结构简单,离子能量和等离子体密度等参数可控,无电极污染,工作稳定等优点被更加广泛的使用和研究。本文通过对平面螺旋电感耦合天线的性能分析,在传统ICPS结构的基础上,提出了金属线宽及金属线圈间距从外到内逐渐变小的渐变结构。论文采用表面电磁流的方法对这类结构等离子体源的场进行了全波分析。本文在此基础上设计了一个谐振在2.45GHz的渐变结构式平面螺旋电感耦合等离子体源。利用电磁软件HFSS和CST分别对这个ICPS的性能和激发出等离子体后的天线状态进行了仿真分析。在相同条件下,相比传统结构的ICPS,渐变结构可以获得更高的Q值,并能激发出更强大的电场及磁场,提高了微波功率源到电感感应放电能量的转换效率。随后论文研究了恒磁场对等离子体的作用情况,通过等效介电常数分析恒磁场对ICPS的影响,并进行相应的软件仿真。最后制作实物对这个渐变结构ICPS的工作性能加以实验验证。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
第一章引言  9-17
  1.1 研究目的和意义  9-11
  1.2 小功率微波等离子体的研究现状  11-15
    1.2.1 小功率微波等离子体理论的研究  11-12
    1.2.2 小功率微波等离子体特性的研究  12
    1.2.3 微波等离子体应用方面的进展  12-13
    1.2.4 小功率微波等离子体源的研究  13-15
  1.3 论文的主要内容和创新点  15-16
  1.4 论文的内容安排  16-17
第二章平面螺旋电感耦合天线的基本理论  17-26
  2.1 平面螺旋电感的基本结构和场分析  17-20
  2.2 射频螺旋电感线圈的性能分析和优化理论  20-23
    2.2.1 介质层厚度对线圈品质因数的影响  21
    2.2.2 介质层材料对线圈品质因数的影响  21-22
    2.2.3 介质层的电导率对线圈品质因数的影响  22-23
  2.3 渐变式结构射频螺旋线圈的性能分析和设计  23-26
第三章等离子体的电磁模型  26-30
  3.1 等离子体的基本性质  26-28
  3.2 等离子体的色散模型分析  28-29
  3.3 等离子体的Drude模型的建立  29-30
第四章渐变结构平面微带螺旋ICPS的场分析  30-36
  4.1 等效电路模型法  30-32
  4.2 表面电磁流全波分析方法  32-36
第五章对2.45GHz的渐变结构式平面螺旋ICPS天线的软件仿真设计与实验测试  36-43
  5.1 渐变螺旋线圈参数设计  36
  5.2 渐变结构与均匀结构螺旋线圈的S11和Q值比较  36-38
  5.3 渐变结构与均匀结构螺旋线圈电磁场分布的比较  38-39
  5.4 介质层介电常数和厚度对渐变结构线圈的谐振频率影响  39-40
  5.5 实物测试  40-43
第六章等离子体激发后ICPS天线的性能仿真  43-50
  6.1 等离子体激励后的S11的仿真结果  43-46
  6.2 外加静磁场与等离子体相互作用的理论分析  46-48
  6.3 外加静磁场后等离子体的变化情况  48-50
第七章总结与展望  50-51
  7.1 总结  50
  7.2 进一步的工作  50-51
参考文献  51-56
致谢  56-57

小功率微波等离子体的研究

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