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大气压射频Ar/SiH_4/H_2辉光放电数值模拟

高昕昕  
【摘要】: 低温等离子体可应用于科学技术和工业的许多领域,目前所用的低温等离子体大部分都是由低气压辉光放电产生的,需要庞大而复杂的真空系统和相应设备,在大气压下产生低温等离子体一直是人们追求的目标。随着研究的不断深入,大气压等离子体在各个领域的应用前景日益凸现。为了将大气压等离子体很好地应用于工业,必须充分了解大气压等离子体的产生机理以及放电中的物理化学过程,掌握等离子体的基本参数。从1988年首次报道大气压辉光放电之后,越来越多的人投入到大气压放电的研究中来。 本文采用平板式电极结构,用一维流体模型,对氩/硅烷/氢气混合气体射频辉光放电特性进行了模拟,给出了电子、离子和自由基的空间密度分布以及电流的时空演化,另外考虑了氢气稀释比率对各种粒子密度和电场的影响。在数值计算过程中,采用了有限差分方法对粒子的连续性方程进行求解,在求电场时用电流平衡方程代替泊松方程,简化了程序。模拟结果表明,放电电流由位移电流和电子传导电流和离子传导电流组成,在放电的不同区域,电流的大小不同,在电极和电极附近,放电电流主要由位移电流提供,位移电流远大于电子传导电流和离子传导电流。当电极是瞬时阳极时,电子传导电流大于离子传导电流,而电极处于瞬时阴极时,电子传导电流小于离子传导电流。在等离子体区,总的放电电流主要由电子传导电流提供。在电负性气体参加的放电中,带负电的粒子主要是SiH_3~-,在电子与气体分子发生化学反应产生的活性基团中,SiH_3是最重要的基团,在中性基团中占的比例最多,是薄膜生长的前驱物,数量的提高有利于提高薄膜的沉积速率,同时通过改变H_2在背景气体中的比例,研究了电子、离子和中性自由基的密度和电场的变化。结果显示,随着H_2比率的提高,粒子的密度和电场随之降低。


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