射频空心阴极放电维持机制的研究.pdf

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1、射频空心阴极放电维持机制的研究王春晓2016年1月中图分类号：UDC分类号：射频空心阴极放电维持机制的研究作者姓名王春晓学院名称物理学院指导教师何锋，欧阳吉庭答辩委员会主席邹炳锁教授申请学位级别理学硕士学科专业物理学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月Mechanismofradio-frequencyhollowcathodedischargeCandidateName：ChunxiaoWangSchoolorDepartment:PhysicsFacultyMentor:FengHE,JitingO

2、UYANGChair,ThesisCommittee：Prof.BingsuoZouDegreeApplied:MasterofScienceMajor：PhysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan,2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的

3、学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士论文摘要射频空心阴极放电可以产生高密度、低能量的等离子体，目前，射频空心阴极放电在薄膜沉积、材料处理等方面得到了广泛的应用。本文从实验和模拟两个方面研究射频空心阴极放电的放电机理，分析放电参数对放电特性以及对电子加热模式的影响。首先，利用射频驱动的单孔空心阴极在氩气环境下进行实验，测量了不同实验条件下的放电图像、电子密度、EEPF曲线等。结果表明，电压越高，等离子体

4、密度越大；孔径一定时，等离子体密度随气压升高而增大；而频率越高，等离子体密度越大。其次，利用二维流体模型对射频空心阴极放电进行了模拟研究，得到不同条件下电子密度、离子密度、电离速率、电势、电场等参数的时间和空间分布特性。结果表明，达到稳定放电时能够形成空心阴极效应。电压增加，鞘层电场增强，电离速率和等离子体密度增加；气压增加，鞘层缩短，等离子体区伸长，等离子体密度增加；电源频率增加，鞘层缩短，等离子体密度也随之增加。最后，研究了电压、pD值、电源频率对射频空心阴极放电维持机制的影响。结果表明，电压升高，电子加热模式由

5、欧姆加热向随机加热转变，并且会有二次电子的作用参与进来。当pD≤0.3Torr•cm时，电子加热模式以鞘层的随机加热为主，而当pD0.3Torr•cm时，电子加热模式转变为以欧姆加热为主，而且阴极二次电子的作用越来越明显。电源频率增加，电子与振荡鞘层的作用频率增加，导致电子加热模式由欧姆加热向随机加热转变。关键词：射频空心阴极放电；空心阴极效应；流体模拟；加热模式I北京理工大学硕士论文AbstractRadio-frequencyhollowcathodedischarge(RF-HCD)iswidelyusedfo

6、rthinfilmsdepositionandmaterialprocessingduetothehighdensityandlowenergyplasma.Inthisthesis,thedischargeofRF-HCDwerestudiedbyexperimentsandsimulation,withspecialemphasisonthemechanismofelectronheatinginradiofrequencydischarge.Firstly,thedischargecharacteristics

7、ofRF-HCDinacylindricalhollowcathodeinargonisinvestigated.Theimageofdischargeplasmas,thedensityofelectronsandtheelectronenergyprobabilitydistributionfunction(EEPF)curvearemeasuredunderdifferentconditions.Theresultsshowthatthedischargecharacteristicsareinfluenced

8、bythedischargevoltage,thegaspressure,theholediameterandthefrequency.Secondly,theRF-HCDwassimulatedbya2Dfluidmodel.Thespatialandtemporaldistributionoftheelectrondensity,theio