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1、射頻空心陰極放電維持機制的研究王春曉2016年1月中圖分類號：UDC分類號：射頻空心陰極放電維持機制的研究作者姓名王春曉學院名稱物理學院指導(dǎo)教師何鋒，歐陽吉庭答辯委員會主席鄒炳鎖教授申請學位級別理學碩士學科專業(yè)物理學學位授予單位北京理工大學論文答辯日期2016年1月Mechanismofradio-frequencyhollowcathodedischargeCandidateName：ChunxiaoWangSchoolorDepartment:PhysicsFacultyMentor:FengHE,JitingO
2、UYANGChair,ThesisCommittee：Prof.BingsuoZouDegreeApplied:MasterofScienceMajor：PhysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan,2016研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，文中除特別標注和致謝的地方外，學位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學或其它教育機構(gòu)的
3、學位或證書所使用過的材料。與我一同工作的合作者對此研究工作所做的任何貢獻均已在學位論文中作了明確的說明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：北京理工大學碩士論文摘要射頻空心陰極放電可以產(chǎn)生高密度、低能量的等離子體，目前，射頻空心陰極放電在薄膜沉積、材料處理等方面得到了廣泛的應(yīng)用。本文從實驗和模擬兩個方面研究射頻空心陰極放電的放電機理，分析放電參數(shù)對放電特性以及對電子加熱模式的影響。首先，利用射頻驅(qū)動的單孔空心陰極在氬氣環(huán)境下進行實驗，測量了不同實驗條件下的放電圖像、電子密度、EEPF曲線等。結(jié)果表明，電壓越高，等離子體
4、密度越大；孔徑一定時，等離子體密度隨氣壓升高而增大；而頻率越高，等離子體密度越大。其次，利用二維流體模型對射頻空心陰極放電進行了模擬研究，得到不同條件下電子密度、離子密度、電離速率、電勢、電場等參數(shù)的時間和空間分布特性。結(jié)果表明，達到穩(wěn)定放電時能夠形成空心陰極效應(yīng)。電壓增加，鞘層電場增強，電離速率和等離子體密度增加；氣壓增加，鞘層縮短，等離子體區(qū)伸長，等離子體密度增加；電源頻率增加，鞘層縮短，等離子體密度也隨之增加。最后，研究了電壓、pD值、電源頻率對射頻空心陰極放電維持機制的影響。結(jié)果表明，電壓升高，電子加熱模式由
5、歐姆加熱向隨機加熱轉(zhuǎn)變，并且會有二次電子的作用參與進來。當pD≤0.3Torr?cm時，電子加熱模式以鞘層的隨機加熱為主，而當pD0.3Torr?cm時，電子加熱模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詺W姆加熱為主，而且陰極二次電子的作用越來越明顯。電源頻率增加，電子與振蕩鞘層的作用頻率增加，導(dǎo)致電子加熱模式由歐姆加熱向隨機加熱轉(zhuǎn)變。關(guān)鍵詞：射頻空心陰極放電；空心陰極效應(yīng)；流體模擬；加熱模式I北京理工大學碩士論文AbstractRadio-frequencyhollowcathodedischarge(RF-HCD)iswidelyusedfo
6、rthinfilmsdepositionandmaterialprocessingduetothehighdensityandlowenergyplasma.Inthisthesis,thedischargeofRF-HCDwerestudiedbyexperimentsandsimulation,withspecialemphasisonthemechanismofelectronheatinginradiofrequencydischarge.Firstly,thedischargecharacteristics
7、ofRF-HCDinacylindricalhollowcathodeinargonisinvestigated.Theimageofdischargeplasmas,thedensityofelectronsandtheelectronenergyprobabilitydistributionfunction(EEPF)curvearemeasuredunderdifferentconditions.Theresultsshowthatthedischargecharacteristicsareinfluenced
8、bythedischargevoltage,thegaspressure,theholediameterandthefrequency.Secondly,theRF-HCDwassimulatedbya2Dfluidmodel.Thespatialandtemporaldistributionoftheelectrondensity,theio
