脈衝調製射頻容性耦合反應性氣體放電的機理研究

《脈衝調製射頻容性耦合反應性氣體放電的機理研究》是依託大連理工大學,由宋遠紅擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：脈衝調製射頻容性耦合反應性氣體放電的機理研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：宋遠紅

項目摘要

本項目針對脈衝調製射頻容性耦合反應性氣體放電過程，採用流體力學和蒙特卡羅混合模擬方法，結合氣態動力學模型，建立反應腔室中多物理、化學過程的非線性自洽耦合模型，研究電漿中電子、各種正負離子、中性粒子的輸運過程和化學反應過程，以及納米顆粒的成核、生長、凝聚過程等。除反應腔室的電源參數、結構特點、混合氣體組分比例、氣體流場和溫度等因素外，本項目將重點研究脈衝調製參數，包括占空比、調製頻率、脈衝波形等，對放電腔室電場分布、電漿密度、電子溫度、電子能量分布的微觀調控機理，以期能夠對電漿輸運過程、化學反應過程、納米顆粒生長過程有深刻理解。針對各種反應性氣體，希望通過大量計算機模擬，最佳化脈衝參數與放電腔室參數的關係，達到能有效調控電漿中的物種成分、納米顆粒生長過程的目的，為提高電漿薄膜沉積、納米材料生產工藝水平提供必要的理論指導和參數選擇依據。

結題摘要

本項目自主開發了流體/MC耦合氣態動力學模型，研究了脈衝調製電負性混合氣體的射頻容性耦合放電特性，包括電子能量分布、電漿輸運和均勻性、化學反應過程以及納米顆粒生長等等。從我們對SiH₄/Ar的混合模擬可以看到，由於反應性氣體放電中激發、電離過程的電子能量閾值較低，導致在脈衝開啟階段，放電中心呈複雜的多溫分布，而鞘層附近遵從麥克斯韋分布。脈衝關閉以後，體區和鞘層附近電子能量都呈雙溫麥克斯韋分布，高能尾消失。通過我們二維混合模擬還能看到，脈衝調製電漿可以有效改善電漿的徑向均勻性，在關閉電源期間的帶電粒子擴散過程有效抵消了電源開啟階段邊緣效應所導致的不均勻性問題。另外，在下電極處增加介質層可以有效地代替調節電漿外界參數例如氣壓、間距獲得較均勻的電漿。關於納米顆粒生長的研究結果可以看到，在電漿區作用於納米顆粒上的離子拖拽里某種程度上超過電場力作用，導致空洞產生。同時，由於計算條件所限，現在所採用的脈衝周期與納米顆粒以及前驅物的時間尺度相比還不夠長，脈衝調製對納米顆粒生長大小作用還不顯著。我們開發的混合模型以及模擬結果對電漿化學氣相沉積和納米材料生產有參考價值。