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负偏压离子鞘及气体压强影响表面波放电过程的粒子模拟

陈兆权 殷志祥 陈明功 刘明海 徐公林 胡业林 夏广庆 宋晓 贾晓芬 胡希伟

负偏压离子鞘及气体压强影响表面波放电过程的粒子模拟

陈兆权, 殷志祥, 陈明功, 刘明海, 徐公林, 胡业林, 夏广庆, 宋晓, 贾晓芬, 胡希伟
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  • 由于表面电磁波沿着介质-等离子体分界面传播,而很难通过对传统的表面波等离子体(SWP)源施加负偏压实现金属材料溅射,因此限制了SWP源的使用范围. 近期,一种基于负偏压离子鞘导波的SWP源克服了这个问题,且其加热机理是表面等离激元(SPP)的局域增强电场激励气体放电产生. 但是该SWP源放电过程的影响因素并未研究清晰,导致其最佳放电条件没有获得. 本文采用粒子(PIC)和蒙特卡罗碰撞(MCC)相结合的模拟方法,探讨了负偏压离子鞘及气体压强影响SWP电离发展过程的放电机理. 模拟结果表明,负偏压和气体压强的大小影响了离子鞘的厚度、SPP的激励和波模的时空转化,从而表现出不同的放电形貌. 进一步分析确定,在负偏压200 V左右和气体压强40 Pa附近,该SWP源的放电效果最佳.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11105002)、工业装备结构分析国家重点实验室(大连理工大学)开放课题基金(批准号:GZ1215)、安徽高校省级自然科学研究项目(批准号:KJ2013A106)、安徽省自然科学基金(批准号:1408085QA16,1408085ME101)和强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)开放课题基金资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-12-08
  • 修回日期:  2013-12-26
  • 刊出日期:  2014-05-05

负偏压离子鞘及气体压强影响表面波放电过程的粒子模拟

  • 1. 安徽理工大学电气与信息工程学院, 电磁新装置研究室, 淮南 232001;
  • 2. 华中科技大学, 强电磁工程与新技术国家重点实验室, 武汉 430074;
  • 3. 大连理工大学, 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11105002)、工业装备结构分析国家重点实验室(大连理工大学)开放课题基金(批准号:GZ1215)、安徽高校省级自然科学研究项目(批准号:KJ2013A106)、安徽省自然科学基金(批准号:1408085QA16,1408085ME101)和强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)开放课题基金资助的课题.

摘要: 由于表面电磁波沿着介质-等离子体分界面传播,而很难通过对传统的表面波等离子体(SWP)源施加负偏压实现金属材料溅射,因此限制了SWP源的使用范围. 近期,一种基于负偏压离子鞘导波的SWP源克服了这个问题,且其加热机理是表面等离激元(SPP)的局域增强电场激励气体放电产生. 但是该SWP源放电过程的影响因素并未研究清晰,导致其最佳放电条件没有获得. 本文采用粒子(PIC)和蒙特卡罗碰撞(MCC)相结合的模拟方法,探讨了负偏压离子鞘及气体压强影响SWP电离发展过程的放电机理. 模拟结果表明,负偏压和气体压强的大小影响了离子鞘的厚度、SPP的激励和波模的时空转化,从而表现出不同的放电形貌. 进一步分析确定,在负偏压200 V左右和气体压强40 Pa附近,该SWP源的放电效果最佳.

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