螺旋波等离子体中氩准分子离子能量分布的计算

螺旋波等离子体中氩准分子离子能量分布的计算房同珍，江南，王龙中科院物理所，北京，1000801.模型简介•物理和计算模型•稳态电位的构造2.结果和对比3.结论与讨论•物理模型•离子在一构造的电场中运动•准分子离子在收集极前0-2cm范围内随时间和空间均匀产生。•离子初始速度为麦克斯韦分布•只考虑准分子离子和中性原子的碰撞:Ar2++ArAr++2ArRxcln•碰撞位置由蒙特卡洛方法决定：R:随机数，:平均自由程。•遭遇碰撞的离子将被舍弃•在每个划定的间隔x(1m)内作用在离子上的力为常数•离子在最后一个x末的速度用来计算离子能量分布，能量计数间隔E为0.1eV•计算模型TxETxEsin1,TxqEdtdvmFsin12sin120tTxEmqtvx(1)(2)(3)(4)：射频叠加信号的大小；：射频频率：粒子产生时的初相位；t：粒子经过x距离所需的时间。T：离子运行中的某时刻，即∑t•稳态电位构造2lnlnxcxbaxVMssssssFVxxxdxxxdVxV2(5)(6)其中,a、b和c为已知常数，xs为连接点位置，Vs为连接处电位。——Miller等人的测量拟合结果——Fivaz等人的模拟结果xxcbxMEln2xsdxsxsxdVsxFE2(7)(8)连接处电场相等，可以得到参数d的表达式：sMsxExd(9)对(5),(6)式求导可得稳态电场的表达式：TxETxEsin1,'(10)方程(7)和(8)在空间上相连接就得到稳态电场E(x)。但由于放电功率，气压等参数不同，等离子体密度也不同，因此鞘层电位也不同，所以引入了调节因子。——被射频信号调制的空间电场分布构造的稳态电场：xs=1mm,=1•计算结果与实验的对比203040500.00.20.40.60.81.0NormalisedintensityIonenergy(eV)500W1000W1500W外加磁场200G,放电气压0.5Pa,射频功率分别为500,1000和1500W的实验和计算结果。其中实线为计算结果。Prf(W)xs(mm)(cm)5000.1651.790.50.410000.21.990.450.315000.242.20.370.3表中数据为计算中所涉及到的参数的取值。可以看出，和随着功率增加而增加，xs随着功率增加而减小，总体上也是减小的。参数的物理意义：：调节射频叠加信号的大小，影响峰宽：改变稳态鞘层电位，即离子能量分布的峰值位置。xs：用于调节鞘层的厚度。：平均碰撞自由程。后两者的变化会改变能量分布曲线的位形。203040500.00.20.40.60.81.0measuredgoodmatch=0.3=0.1NormalisedintensityIonenergy(eV)(a)以1000W为例，当改变时发生明显偏离203040500.00.20.40.60.81.0measuredgoodmatch=1.79NormalisedintensityIonenergy(eV)(b)当改变时发生明显偏离当xs变化时发生的偏离2030400.00.20.40.60.81.0measuredgoodmatch=0.2cm=0.4cmNormalisedintensityIonenergy(eV)(d)当平均自由程改变时发生的偏离结论与讨论•离子能量分布峰值位置随功率增加而增加()•峰宽随着功率增加而变宽()•被接受的粒子在几个平均自由程内产生(0-2cm)•准分子离子发生碰撞后变成别的种类粒子•根据计算结果的值可以推算一些等离子体参数：1nb.已知→n：Kr+Ar2+Kr++2Ar，=3.7510-14cm-22ln211~vCCiz=3.3310-14cm-2n=7.51013cm-3a.已知n→放电气压：0.5Pa~n=1.21014cm-3可推得：=2.110-14cm-2