《低氣壓感性耦合電漿加熱機制的動理學研究》是依託華中科技大學，由姜巍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：低氣壓感性耦合電漿加熱機制的動理學研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：姜巍
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
感應耦合電漿(Inductively Coupled Plasmas，ICP)是一種重要的低溫電漿源，被廣泛用於微電子工業等領域。ICP裝置通常工作氣壓較低(1～100 mTorr),因此電子將顯示出很強的非熱平衡非局域效應，會出現無碰撞加熱，反常趨膚效應和負功率吸收等一系列重要的物理現象。雖然研究多年，關於這些現象的理論和實驗結果仍然沒有定論，部分結果甚至是相互矛盾的，而目前廣泛採用的非局域近似的線性Vlasov方程和流體模擬都不足以解決這些問題，完全動理學的高維PIC/MC模擬有望解決這些問題。本研究將利用自行開發的兩維PIC/MC模擬程式，系統研究驅動電源參數、裝置幾何形狀和氣體性質對於ICP中電漿加熱率和電漿性質的影響，結合解析的整體模型和一維線性Vlasov模型，闡明ICP中電子的加熱機制，並定量研究不同參數對於ICP中電子加熱率的影響。
結題摘要
針對感應耦合電漿(Inductively Coupled Plasmas，ICP) 本研究成功建立了一套描述低氣壓ICP 中電子加熱機制的自洽的動理學理論模型，分別描述ICP中的電磁場、帶電粒子和中性分子，開發出穩定、高效的PIC/MC 數值算法，編制相應的程式並最佳化和並行化，該程式能以較低的計算開銷給出定量上準確的模擬結果。該程式已經在我們相關的研究中獲得了套用。 本研究中我們發展了隱式模擬、能量守恆格式、柱坐標系下場求解與粒子推動、粒子合併算法，帶權重的蒙特卡洛方法等一系列的數值算法。並最終實現了完全自洽的ICP的PIC/MC模擬，程式能夠考慮自洽考慮橫場和縱場的影響，也能外加磁場的影響，同時包含了背景氣體的模型和多種反應氣體的MC模型。從公開發表的文獻看，針對ICP的隱式PIC/MC模型在國際上尚屬首次實現，在後繼的工作中，我們必將能夠闡明此前流體模型無法研究的電子加熱、反常趨膚等問題。部分算法結果已經發表在Chinese Physics B 23 (3), 035204。 本研究的建立的模擬方法和程式具有普適性，可以用於其他驅動方式的感應耦合電漿，以及其他低溫電漿源的數值模擬工作。我們利用本研究開發出的模型和程式，研究了反場構型和微放電電漿的性質，結果已經發表在Journal of Applied Physics 115 (19), 193301，Journal of Physics D: Applied Physics 47 (43), 435201，New Journal of Physics 16 (11), 113036。本研究開發出的程式將很好的能夠很好的促進低溫電漿的相關研究。 本研究的主要不足是未能如期完成系統的模擬工作，且已經發表工作不多，且相關度不高。主要原因是2013年10月起本人公派出國從事其他問題研究。由於模型和程式已經建立，上述問題將在今後1年左右的後繼研究中得到徹底解決。
