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低温等离子体应用中的几个理论问题

孙爱萍  
【摘要】:低温等离子体在微电子、材料制备、环保、航空航天、军事等领域起着越来越重要的作用,而很多的理论问题有待人们去解决。本博士学位论文第一部分第一章介绍了低温等离子体的分类及几种常规的工业应用;第二章简单介绍它在环保和通信方面的一些应用:第三章对等离子体化学作了简单叙述;第四章叙述了低温等离子体在军事上的一个应用——等离子体隐形技术。第五章详细介绍了目前尘埃等离子体物理的研究现状。 由于尘粒在加工等离子体中的作用,研究它的形成与行为及其对等离子体中的许多过程的影响已成为低温等离子体物理学中最重要的前沿分支。因此本论文在第二部分专题研究中专门研究了尘粒对离子输运的影响(第六章)和碰撞尘埃等离子体中的低频波(第七章)。关于离子输运,我们用蒙特卡罗方法模拟了平行板辉光放电等离子体中尘粒对鞘层离子输运的影响。考虑了自洽电场。当离子在鞘层运动时,考虑离子与中性原子之间的电荷交换和弹性碰撞,以及离子被尘粒的库仑散射和收集作用。模拟得到了一些新的结果:(1) 当尘粒的密度、尺寸、电量增加时,离子到达靶处的能量分布向低能区转移;(2) 随尘粒含量(n_d/n_(io))增加,靶处离子的密度呈指数衰减;(3) 靶处离子的密度随尘粒半径的增大呈指数衰减;(4) 当尘粒含量和尺寸同时增大时,靶处离子的密度下降要比单纯增大一项快速得多。所以,尽管在等离子体加工中,尘粒的含量很低,可能只有千分之几,但其影响却不容忽视。对于碰撞尘埃等离子体中的低频波,我们采用流体理论,按照标准的线性化处理方法,由连续性、动量、能量和泊松方程得出低频波的色散关系。发现碰撞磁化尘埃等离子体中存在三支模:完全阻尼热扩散模、受阻尼的静电尘埃声波(EDA)和回旋波(EDC),其中受阻尼的静电尘埃回旋波是本文首次发现的。三支模的阻尼都是由尘粒和中性气体碰撞引起的。EDA的阻尼速度随中性气体压强的增大而增大,这一点与实验相符,对于EDC也存在同样的关系。尘粒密度对EDA波和EDC波的影响明显不同于非磁化或者无碰撞尘埃等离子体中的情况。当忽略碰撞时,阻尼的EDA和EDC波回到纯振荡波。最后就尘埃等离子体晶化


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