射频微等离子体的特点分析

普乐斯等离子清洗 发表于 2020-03-29 13:52:00 收藏 已收藏
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射频微等离子体的特点分析

普乐斯等离子清洗 发表于 2020-03-29 13:52:00
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在之前的文章中,对射频大气压辉光放电已经有所介绍,那么,如果在射频放电中,将放电的间隙进一步缩小到微等离子体尺度内,即为1mm左右,乃至到了几百微米的量级,射频微等离子体又会出现哪一些新的特点呢?接下来我们与大家共同探讨。

如下图所示,是在相同的电流下,射频微等离子体鞘层区与等离子体区的分布比例。在给定电流密度0.06A/cm2,当放电间隙逐渐增加,实验与计算均表明鞘层开始逐渐增加,而当极板间隙增加超过500μm后,鞘层厚度几乎保持在215μm不变。而对于等离子体区的厚度,其从100μm到900μm一直在单调增加。

射频微等离子体的特点分析

通过上图我们可知,当放电间隙小于500μm时,放电等离子体由传统的辉光放电结构转化为一种鞘层主导的结构,即鞘层成为放电空间的主要部分。同时,数值模拟还表明,在鞘层主导的放电结构中,整个放电空间失去了电中性,呈现为电正性,如下图所示。

射频微等离子体的特点分析

如果想在射频微等离子中继续获得正常的辉光结构,保证放电间隙内的电中性,提高放电频率是一种可行的方法。下图给出了在不同频率下两个周期电子密度的时空分布。图中显示,当频率为13.56MHz时,只有在电极附近才有大量的电子,其密度近似3.06×1011cm-3。

射频微等离子体的特点分析

而当频率增加到27.12MHz时,产生的3.15×1011cm-3的电子密度在极板间随着外加电压的改变来回振荡,从一个极板到另一个极板,几乎占据了整个间隙。随着频率进一步增加到54.24MHz,在放电间隙产生的高密度电子,形成一个稳定的中性等离子体区。这些数据表明,随着频率的增加,放电结构发生改变,传统的辉光结构也可以出现。

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