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等离子体边界层物理特性数值研究

作　者: 张弘
导　师: 戴忠玲
学　校: 大连理工大学
专　业: 等离子体物理
关键词: 等离子体鞘层 CCP 限制器删削层
分类号: TL631.29
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

等离子体在与固体的交界处,会形成等离子体鞘层。在低温或高温等离子体领域,这一区域的物理特性都影响着等离子体行为。在微电子工业中,低温容性耦合等离子体(Capacitively Coupled Plasma:CCP)放电被广泛的应用于刻蚀、沉积等表面处理工艺中。等离子体与基片是通过鞘层连接的,因此鞘层中的物理过程直接影响着基片的表面结构与性质。本文第二章通过混杂模拟方法研究了双频碰撞CCP鞘层的物理特性。混杂模拟即采用流体模型模拟鞘层区的等离子体物理行为,然后利用所得到的电场,进一步使用蒙特卡洛(Monte Carlo:MC)方法得到到达极板的离子能量分布(Ion Energy Distributions:IEDs)和离子入射角度分布(Ion Angular Distributions:IADs)。该模型采用的是脉冲和射频源联合的双频电流驱动源方式,双频源加于同一极板。本文研究了高低频的频率比和气压对鞘层各参数及IEDs、IADs的影响规律。结果表明,外加驱动的频率比和气压对鞘层特性和IEDs影响都很大,而IADs则明显对气压的改变更为敏感。托卡马克在高温等离子体研究领域是一个非常热门的装置,在ITER计划中,也占据着很重要的位置。在托卡马克中,限制器是一种有效的保护真空室器壁的手段,而关于删削层的研究也对如何减少等离子体中的杂质有重要意义。本文第三章中,我们采用了流体模型对托卡马克限制器删削层附近的粒子密度和平行通量分布进行了研究。主要考虑施密特数和等离子体区平行通量对二者的影响。结果表明,当施密特数增加时,删削层内部的粒子密度分布与主等离子体区的联系就会越小,平行通量的分布也会趋于平缓与稳定。另外,在等离子体区施加了一个非零的正向平行通量以后,会使得在水平正向的限制器边界上有更多的粒子到达,也会出现更大的平行通量。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-19
  1.1 等离子体边界层概述  8-9
  1.2 低温容性藕合等离子体鞘层概述  9-13
  1.3 托卡马克中的等离子体边界层概述  13-17
  1.4 本文研究内容和结构安排  17-19
2 脉冲和射频源联合驱动的CCP碰撞鞘层数值模拟  19-35
  2.1 理论模型  19-25
    2.1.1 流体力学模型部分  19-23
    2.1.2 蒙特卡洛方法模拟部分  23-25
  2.2 数值方法  25
  2.3 计算结果与讨论  25-33
  2.4 小结  33-35
3 托卡马克装置中限制器删削层模拟  35-47
  3.1 理论模型  36-38
  3.2 数值方法  38-39
  3.3 计算结果与讨论  39-46
  3.4 小结  46-47
4 结论与展望  47-49
  4.1 本文主要结论  47-48
  4.2 对未来工作的展望  48-49
参考文献  49-54
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  54-55
致谢  55-56

等离子体边界层物理特性数值研究

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