张钰如 高飞 王友年

(大连理工大学物理学院, 三束材料改性教育部重点实验室, 大连 116024)

感性耦合等离子体源具有放电气压低、等离子体密度高、装置结构简单等优点, 因此常被用于材料刻蚀及表面处理工艺中.为了深入了解感性耦合等离子体的特性及其与表面的相互作用, 数值模拟成为了目前人们普遍采用的研究手段之一.针对具体问题, 可以选择不同的模拟方法, 如整体模型、流体力学模型、流体力学/蒙特卡罗碰撞混合模型、偏压鞘层模型、粒子模拟/蒙特卡罗碰撞混合模型等.其中, 整体模型计算效率最高, 常被用于模拟复杂的反应性气体放电.但整体模型无法给出各物理量的空间分布, 因此二维及三维的流体力学模型, 也得到了人们的广泛关注.在低气压等极端的放电条件下, 由于电子能量分布函数显著偏离麦氏分布, 则需要耦合蒙特卡罗碰撞模型, 来精确地描述等离子体内部的动理学行为.此外, 通过耦合偏压鞘层模型, 还可以自洽地模拟鞘层的瞬时振荡行为对等离子体特性的影响.对于等离子体中的非局域及非热平衡现象, 则需要采用基于第一性原理的粒子模拟方法来描述.最后对目前感性耦合放电中的前沿问题进行了展望.

1 引 言

早在1884 年, Hittorf[1]通过激发缠绕在真空管外侧的线圈, 首次观察到感性放电, 即“无电极的环形放电”.随着人们对感性放电认识的不断加深, 感性放电得到了进一步发展.目前, 等离……