直流輝光放電電離特性的PIC-MCC模擬.pdf

1、隨著微電子工業(yè)的發(fā)展，輝光放電技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。作為產(chǎn)生等離子體的一種主要的方式，長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從多方面對(duì)輝光放電進(jìn)行了研究，但其中對(duì)于輝光放電電離過程的研究較少。了解直流輝光放電的電離過程，能夠更深入的了解輝光放電過程中粒子的輸運(yùn)特性，正確的模擬這一電離過程將對(duì)以后的實(shí)際應(yīng)用起理論指導(dǎo)作用。 本論文圍繞直流輝光放電的理論分析與計(jì)算機(jī)模擬展開研究工作，主要工作和創(chuàng)新之處在于： (1)對(duì)直流輝光放電及等離子體

2、源的理論、計(jì)算機(jī)模擬方面進(jìn)行了綜述 對(duì)直流輝光放電及其生成等離子體的理論、計(jì)算機(jī)模擬方法進(jìn)行了綜述、總結(jié)與對(duì)比，并對(duì)今后的研究前景進(jìn)行了展望。特別指出了模擬直流輝光放電電離過程的重要意義及PIC/MCC(粒子模擬與蒙特卡羅相結(jié)合)方法在模擬直流輝光放電及其生成等離子體特性研究中的優(yōu)勢(shì)。 (2)直流輝光放電電離過程的三維理論分析 以通常的直流輝光放電系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立了物理模型，對(duì)直流輝光放電進(jìn)行了三維的理論分析，其

3、中包括電勢(shì)的求解、等離子體集體運(yùn)動(dòng)、粒子間的碰撞、帶電粒子與邊界的相互作用。考慮了電子與中性粒子的彈性、激發(fā)、電離碰撞；離子與中性粒子的彈性、電荷交換碰撞；碰撞截面均是能量的函數(shù)。模擬了電子到達(dá)邊界后被邊界吸收、反射及二次電子發(fā)射等情形。 (3)直流輝光放電電離過程的三維PIC/MCC模擬 在直流輝光放電電離過程的三維理論分析基礎(chǔ)之上進(jìn)行了數(shù)值模擬，用Fortran語言編寫了三維的PIC/MCC模擬程序。采用有限差分法求

4、解泊松方程，采用PIC方法中的靜電模型描述帶電粒子與電場(chǎng)自洽的相互作用，MCC方法描述粒子之間的碰撞過程及帶電粒子與邊界的相互作用，從而將PIC方法與MCC方法相結(jié)合，使得PIC模擬處理集體相互作用和MCC處理粒子碰撞優(yōu)勢(shì)得以兼顧。 (4)直流輝光放電電離過程的診斷分析 通過對(duì)直流輝光放電的PIC/MCC模擬，得到了大量的放電過程中關(guān)于帶電粒子運(yùn)動(dòng)的微觀信息，展現(xiàn)了放電過程中帶電粒子的速度、能量等隨時(shí)間、空間的演化；對(duì)直