微空心阴极制作及放电理论模拟

摘要

微空心阴极放电（MHCD）是在普通空心阴极放电的基础上提出的一种高气压下亚毫米级微放电技术。MHCD的两个最重要的特征是：高能电子多，放电电压高。高能电子多，在放电空间中电离作用显著，电子和离子密度非常高。由于这些特征，MHCD可以广泛的应用于需要高密度的电子或离子的领域：如真空镀膜，表面处理，气体激光器，外部电离源等。另一方面，由于放电气压高，三体碰撞形成准分子的几率大大提高，MHCD产生的紫外及真空紫外辐射的强度也很高。这些特征可以为平板紫外光源和等离体显示开辟新的途径。 本文侧重于MHCD的理论研究，建立了流体模型，并利用它对氦气在平板阳极、孔状阳极两种结构的微空心阴极放电进行了数值模拟，计算了稳定放电时电子和离子的浓度分布、电子能量分布、电势分布和电场分布等参数。结果表明MHCD运行在辉光放电中，电子和离子的浓度在1019 m-3左右，电子平均能量在几十eV，与相同条件的实验结果相似。并且模拟了不同气压，不同结构，不同阴极孔径下MHCD的特征，通过分析得到增大气压和阴极孔径限制了放电空间，也证明了要使气体击穿，pd值应在一个范围内。 在实验方面，目的寻找持久放电的微空心阴极结构，制作了钼—Kapton聚酰亚胺薄膜—钼和铜—Kapton聚酰亚胺薄膜—铜两种放电结构，在制作铜—Kapton聚酰亚胺薄膜—铜时，采用了激光打孔的方法，通过对Nd:YAG激光电源不同参数下打孔质量的考察，发现选择430A、8ms的参数时，能够得到质量比较高的空心阴极结构。并用这两种结构在不同的气压、气体中进行了放电实验研究，通过实验研究，虽然可以得到辉光放电，但放电不是很稳定。