容性耦合射频放电等离子体的仿真模拟与实验诊断研究

摘要

针对工业生产与军事应用上低气压、低温非热平衡等离子体的制备和实验诊断问题,采用COMSOL软件等离子体模块进行仿真模拟,建立容性耦合射频等离子体放电的一维流体模型,设定He气为工作气体,数值研究不同电压、不同气压条件下等离子体电子数密度和电子温度的轴向分布.搭建等离子体产生及诊断实验平台,根据均匀射频放电的等效回路计算得到电子密度ne与电子温度Te,将所得数据与流体模型仿真模拟相比较,得到了一致的结果.研究表明:当气体压强为100～250Pa时,极板间电子密度沿轴向先增大后减小,平均电子密度随驱动电压与输入功率的增加而增加;电子温度在极板中心处取得最小值,极板边缘存在两个峰值,平均电子温度仅是气压与腔体尺寸的函数,随驱动电压和功率的变化不明显,仅随气压的增大而减小.随着输入功率的增加,电子密度由逐渐上升转变为迅速上升,且在不同气压下这种电子密度的跃变出现在不同的电压幅值处,这标志着容性耦合放电中的α-γ 模式转变.所得结论扩大了模拟仿真与实验快速无干扰诊断的应用范围,为进一步研究低温等离子体放电性质提供了技术支持.