放电参数变化对电感耦合等离子闭式等离子体空间分布特性研究

摘要

射频电感耦合等离子体(ICP)在实际放电过程中,线圈的构型、电源参数、气压等外部工质条件的变化均会对结果产生较大影响,依靠实验很难得到多外部条件对ICP参数分布的影响机理和规律,因此需要结合仿真和实验的方法进行分析。该文通过建立感性线圈的电磁学有限元模型,分析不同线圈构型下射频电磁场在等离子体内部的空间分布,研究放电参数(线圈构型、功率大小)对等离子体分布影响和E-H模型下放电形态的跳变过程,并观察进入稳定H模式后电源参数的变化规律,为等离子体源的小型化工程应用提供理论基础。实验和仿真计算结果表明:不同线圈匝数在不同功率条件下,电磁场强度变化对等离子功率吸收和功率耦合有较大影响;当工作气压在0~20Pa时,ICP的电子密度呈轴对称分布,随着放电功率、气压的增大,等离子体吸收的功率和电离度也随之增加,其电子密度相应地增大,放电功率的增加会使得环状的等离子体区域随之扩大,在轴向、径向上的分布呈先逐渐增大而后在靠近腔室壁面区域迅速下降。