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直流辉光放电的三维PIC/MCC模拟

专 业: 等离子体物理
关键词: 辉光放电 等离子体 计算机模拟
分类号: O461.21
形 态: 共 64 页 约 41,920 个字 约 2.005 M内容
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内容摘要


随着微电子工业的发展,辉光放电技术的应用领域越来越广泛,例如:

它可用于表面刻蚀、表面改性以及薄膜沉积等材料加工方面,它还可以应用于激光、荧光灯以及平面等离子体显示屏等方面。

正是由于直流辉光放电等离子体源的广泛应用,对其需求与日剧增,因此对其放电生成等离子体源特性的研究有着非常重要的意义。

本论文围绕直流辉光放电的理论分析与计算机模拟展开研究工作,主要工作和创新之处在于:

(1)对直流辉光放电及等离子体源的理论、计算机模拟方面进行了综述对直流辉光放电及其生成等离子体的理论、计算机模拟方法进行了综述、总结与对比,并对今后的研究前景进行了展望。

特别指出了模拟直流辉光放电电离过程的重要意义及PIC\MCC(粒子模拟与蒙特卡罗相结合)方法在模拟直流辉光放电及其生成等离子体特性研究中的优势。

(2)直流辉光放电电离过程的三维理论分析以通常的直流辉光放电系统为基础,建立了物理模型,对直流辉光放电进行了三维的理论分析,其中包括电势的求解、等离子体集体运动、粒子间的碰撞、带电粒子与边界的相互作用。

考虑了电子与中性粒子的弹性、激发、电离碰撞;离子与中性粒子的弹性、电荷交换碰撞;碰撞界面均是能量的函数。

模拟了电子到达边界后被边界吸收、反射等情形。

(3)直流辉光放电电离过程的三维PIC\MCC模拟在直流辉光放电电离过程的三维理论分析基础之上进行了数值模拟,并自己编制了直流辉光放电电离过程的PIC\MCC模拟程序。

采用有限差分法求解泊松方程,采用PIC方法中的静电模型描述带电粒子与电场自洽的相互作用,MCC方法描述粒子之间的碰撞过程及带电粒子与边界的相互作用,从而将PIC方法与MCC方法相结合使得PIC模拟处理集体相互作用和MCC处理粒子碰撞优势得以兼顾。

(4)直流辉光放电电离过程的诊断分析通过对直流辉光放电的PIC\MCC模拟,得到了大量的从放电初期至放电稳定过程中的关于带电粒子运动的微观信息,展现了放电过程中带电粒子的速度、能量等随时间、空间的演化;对如上大量微观信息进行了统计平均,给出了直流辉光放电及其生成直流辉光放电等离子体的宏观特性;研究了不同外加电压、中性气压等对直流辉光放电及其生成等离子体特性的影响,可以实现对直流辉光放电等离子体源特性的优化..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1.1直流辉光放电概述
1.2直流辉光放电的应用及研究意义
1.3直流辉光放电的研究概况
1.3.1实验研究
1.3.2理论模拟研究
第二章 直流辉光放电数值模拟的粒子模型综述
2.1粒子模型
2.1.1 PIC方法
2.1.2 MCC方法
2.1.3 PIC/MCC方法
2.2本章小结
第三章 直流辉光放电的PIC/MCC数值模拟
3.1物理模型
3.2电荷源的求解
3.3电势的求解
3.3.1求解Poisson方程
3.3.2电场E的求解
3.4推动带电粒子运动
3.4.1粒子间的碰撞
3.4.2等离子体集体运动
3.5带电粒子与边界的相互作用
3.6直流辉光放电的PIC/MCC数值模拟流程
3.6.1初始化
3.6.2数值求解
3.6.3收敛判断
3.7本章小结
第四章 直流辉光放电的诊断
4.1直流辉光放电的诊断
4.1.1电子的相空间分布
4.1.2电子的能量与速度统计分布
4.1.3离子的相空间分布
4.2中性气压对直流辉光放电的影响
4.3外加电压对直流辉光放电的影响
4.4本章小结
第五章 结论
参考文献

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中图分类: > O461.21 > 数理科学和化学 > 物理学 > 真空电子学(电子物理学) > 气体放电(气体导电)

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