氮离子在射频电极的能量分布及电子碰撞率数值模拟研究

摘要

使用PIC-MCC方法对氮气容性耦合射频辉光放电在射频电极处的离子能量分布和角度分布进行了数值模拟；计算了整个放电空间的电子碰撞激发率，电离率，离解率和离解电离率。模拟过程中考虑了电子与背景气体（氮分子）的各种碰撞，以及两种离子（氮分子离子和氮原子离子）与背景气体（氮分子）的碰撞；忽略了电子与离子之间的碰撞过程。具体工作如下所示：
　　 1.建立了氮气射频放电等离子体过程的PIC/MCC自洽的混合模型，其中带电粒子在电场中的运动及其产生的自洽场由PIC方法描述，粒子间的碰撞过程由MCC方法描述。用Fortran语言结合模型编写了一维的PIC/MCC模拟程序，模拟了氮气射频放电的物理过程。
　　 2.计算了氮气射频等离子体中射频电极处离子的能量分布和角度分布，及其随气压和电压幅值的变化。
　　 3.计算了氮气射频等离子体中整个放电空间电子碰撞激发率，电离率，离解率和离解电离率的分布，同时还计算了其随放电气压和电压幅值的变化情况。
　　 4.为了保证程序的准确性，与氮气的电子能量分布的实验结果进行了比较，结果比较吻合。
　　 总之，氮气射频辉光放电，是一个复杂的物理过程，放电既受到多种放电条件的制约，又相互影响，相互制约。研究这些放电条件之间的内在关系，对氮化合物材料的合成以及材料表面的氮化处理有大意义。本工作为氮气射频等离子体放电过程提供了理论参考依据。