等離子體源離子注入過程中離子動(dòng)力學(xué)演化數(shù)值模擬.pdf

1、等離子體源離子注入(Plasma Source Ion Implantation，簡(jiǎn)稱PSII)是一項(xiàng)非視線性低溫等離子體材料表面的改進(jìn)新技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)一經(jīng)提出，就引起了國(guó)際上的普遍關(guān)注。在這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，等離子體鞘層的時(shí)空演化過程以及真空中氣壓參數(shù)的影響對(duì)等離子體與材料表面的相互作用有著非常重要的意義。
　　 本文首先利用兩維PIC(particle in cell)模型，通過鞘層中電勢(shì)分布的泊松方程，考察了等離子鞘

2、層中隨時(shí)間變化的電勢(shì)分布和離子密度分布規(guī)律，離子在鞘層中的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；得到了半圓容器內(nèi)、外表面和邊緣平面上各點(diǎn)離子注入劑量分布和工件表面各點(diǎn)注入離子的入射角分布。結(jié)果表明：由于電場(chǎng)的聚焦效應(yīng)，容器內(nèi)表面的離子注入劑量總是低于外表面的離子注入劑量，內(nèi)表面的離子注入劑量隨著鞘層演化增加緩慢，內(nèi)、外表面注入劑量差異隨時(shí)間逐漸增大，這樣就導(dǎo)致了離子注入劑量非常不均勻。
　　 本文再次利用Monte Carlo計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，考察

3、了有共心附加零電位電極時(shí)半圓容器內(nèi)底中央部位A+注入能量和角度分布及真空氣體壓強(qiáng)的影響。在考慮到離子在穿越鞘層的過程中會(huì)與中性粒子發(fā)生碰撞(電荷交換碰撞和彈性碰撞)通過在不同半徑的鞘層邊界上隨機(jī)抽取與半徑成正比的離子數(shù)量，計(jì)算了注入到工件內(nèi)表面上的所有離子的注入能量和入射角度的分布。隨著中性氣體壓強(qiáng)的增加，離子在穿越鞘層的過程中與中性粒子經(jīng)歷比較頻繁的碰撞。碰撞一方面使離子失去能量，另一方面也使離子改變運(yùn)動(dòng)方向，導(dǎo)致注入到工件表面低能離