李 帅,乔冠瑾,杜 丹*,杨开建,潘光祖,周 华

(1.南华大学 数理学院,湖南 衡阳 421001;2.南华大学 电气工程学院,湖南 衡阳 421001; 3.南华大学 核科学技术学院,湖南 衡阳 421001)

0 引 言

螺旋波是一种在哨声波频率范围内(离子回旋频率和电子回旋频率之间)，有着左右旋圆极化的边界波。使用螺旋波电离可以产生高密度的等离子体，螺旋波等离子体因其高电离率、高密度、均匀平稳、粒子能量可控等优点,广泛应用于薄膜沉积、等离子体火箭推进、半导体刻蚀和核聚变等领域[1-3]。

1970年，R.W.Boswell首次用一种新型天线(Boswell天线)制造了一种小型螺旋放电实验[4]。在这次实验中，测量到了高达3×1019m-3的极高的等离子体密度，在等离子体中心附近出现一个亮蓝色的区域。自此以后，人们对螺旋波等离子体相关理论不断深入，也进行了大量的实验，然而电离、功率沉积等机制已被所有研究者视为理解螺旋波等离子体的一个巨大难题，其中的各种物理机理仍在不断揭晓。1994～1998年，K.P.Shamrai[5-7]等人发现在螺旋波放电能量沉积过程中,存在着螺旋波之外的一种静电性质的表面波Trivelpiece-Gould(TG)波。射频功率主要通过两个通道传输到等离子体中：第一种通道是通过天线激发的弱阻尼螺旋波(H波)实现等离子体加热，第二种通道是在一定条件下，螺旋波在离子体表面附近与TG波进行模式耦合而将能量沉积入等离子体中。1998年,Y.Mouzouris[8]理论模拟表明调节磁场大小可控制H波和TG波在等离子体中的功率沉积分布：在低磁场情形下主要是TG波沉积在等离子体与真空边界处,而在高磁场情形下螺旋波在等离子体中心处主导能量沉积。……