磁鏡場約束線形微波電漿源的高密度特性研究

《磁鏡場約束線形微波電漿源的高密度特性研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由陳龍威擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：磁鏡場約束線形微波電漿源的高密度特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳龍威
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

隨著電漿增強化學氣相沉積技術在各領域套用的迅速發展，高密度、大面積均勻穩定電漿源成為近年來亟待解決的關鍵問題和研究焦點。本項目擬以磁鏡場約束線形微波電漿為研究對象，採用理論與實驗相結合的研究方法，試圖將高密度、大面積均勻電漿源技術提高到新水平。利用Langmuir探針、發射光譜、法拉第筒等診斷工具，研究磁鏡場約束線形微波電漿密度、電子溫度、空間電位、離子能量等參數空間分布特性；研究放電條件、磁場、流場等對電漿密度的影響；結合磁流體動力學模型理論分析磁場、微波、流場、電漿相互作用機理；探索影響電漿密度及軸向均勻性的內在機理。通過本項目的研究，明晰磁鏡場約束線形微波電漿的特性；闡明影響線形微波電漿密度的內部物理機制；建立高密度、均勻穩定磁鏡場約束線形微波電漿的產生條件和最佳化方法，為實現高密度、大面積均勻穩定電漿源及其套用提供思路。

結題摘要

微波線形電漿僅需要在一維方向實現均勻，通過Roll-to-Roll結構或多線形電漿排列的形式產生二維均勻面電漿，降低了大面積電漿源的開發難度。本項目以磁場增強微波線形電漿為研究對象，採用理論與實驗相結合的方法，探索了微波激勵線形電漿的產生機理，研究了低溫電漿在磁場作用下的特性。研究發現：（1）微波激勵線形電漿在較高功率、較高氣壓下更容易得到一維均勻的電漿密度分布；（2）在SiO2、SiC、Al2O3三種介質管中，介電常數低的SiO2更容易產生一維均勻的電漿密度分布；（3）在外部施加徑向磁場時，較高的磁場強度可以在邊緣獲得較高的電漿密度，但極大的降低了電漿密度的均勻性；（4）雙源微波激勵利於獲得均勻的電漿密度分布；（5）理論分析結果表明，微波線形電漿可以在毫秒量級達到穩定，即微波脈衝調製的脈寬可以低至1毫秒而較小影響電漿密度分布，這將降低因連續微波激勵導致的工作氣體溫度過高等缺點；（6）工作氣體吸收微波產生電漿，電漿因其金屬性質而使微波沿其表面傳播，電漿密度及其分布主要依賴於微波在電漿介質表面的吸收與傳播的耦合作用。 通過本項目的研究，明晰了微波線形電漿的產生機理，基本掌握了高密度微波電漿的產生條件和最佳化方法，為實現高密度、大面積均勻穩定電漿源及其套用提供重要參考。項目執行期間，項目組發表學術論文5篇，申請國家專利5項，培養研究生兩名。