侯文琦 阳璞琼 刘波 关志全

摘 要：准确的等离子体参数信息对射频离子源的研制十分重要，为获得这些关键参数，需要借助朗缪尔探针作为研究手段。研究利用COMSOL软件作为研究平台，建立射频离子源的几何模型，并加入探针作为变量，通过仿真模拟得到不同功率下的电子密度、电子温度分布，通过对比有、无探针加入的情况下所得参数的变化趋势，来分析朗缪尔探针对射频离子源的扰动情况。研究结果表明，探针放入等离子体后，会对等离子体产生扰动，等离子体放电中心向右偏移大于1 cm。该研究结果为射频离子源的设计以及朗缪尔探针的测量分析提供了参考。

关键词： 射频离子源;朗缪尔探针;理论模拟

文章编号： 2095-2163（2021）01-0098-04 中图分类号：TL65 文献标志码：A

【Abstract】Accurate plasma parameter information is very important to the development of radio frequency ion sources. To obtain these parameters， the Langmuir probe is selected as the research method. The research uses COMSOL software as the research platform to establish the geometric model of the radio frequency ion source， and adds the probe as a variable. Through simulation， the electron density and electron temperature distribution under different powers are obtained， and these parameters are compared with and without probes. So the disturbance of the Langmuir probe to the radio frequency ion source could be analyzed. The research results show that the simulation model is more reasonable through experiments; and after the probe is put into the plasma， the plasma will be disturbed， and the plasma discharge center shifts more than 1 cm to the right. Therefore， the research results provide a reference for the design of radio frequency ion source.

【Key words】radio frequency ion source; Langmuir probe; theoretical simulation

0 引 言

朗缪尔探针能直接有效地检测出等离子体电子密度、电子温度等参数，是一种结构简单、优质廉价、用途广泛的等离子体诊断工具[1]。朗缪尔探针最初于1924年由Irving Langmuir发明，用来研究水银灯放电的电子温度分布，当年已经奠定了今天朗缪尔探针数据分析方法的基础，而后因辉光放电荣获1932年诺贝尔化学奖。朗缪尔探针在国外已有将近一百年的发展历史，针对不同的测量环境开发出了各种朗缪尔探针，较为典型的开发公司有英国的Hiden Analytical Ltd.、美国的Scientific Systems公司和爱尔兰的Impedans Ltd.等，形成了极具集成性的产业化链发展趋势。在国内，主要是各大高校和科研院所在研究朗缪尔探针，技术还未臻至成熟，所以在工业生产中的使用也较少。……