大面积等离子体片分层现象的实验研究

为了研究大面积等离子体片的分层特性,利用脉冲磁约束线形空心阴极放电装置,在150 Pa氦气中产生了持续时间为200μs、面积为60 cm×60 cm的大面积等离子体片。采用快帧法和旋转空心阴极法利用郎缪尔探针首次获得了等离子体片分层时厚度方向电子密度分布及其演化构成的二维分布图;基于获得的二维分布图,研究了分层等离子体片厚度方向电子密度的分布特征与磁场强度和放电电流的关系。实验发现,等离子体片分层时厚度方向电子密度呈现双峰曲线分布特征;当放电电流为2 A,磁场强度为1.5×10~(-2),2.25×10~(-2),3×10~(-2)T时,双峰间距分别为0,3.2,8.4 mm;当磁场为3×10~(-2)T,电流为1,2,3,4 A时,双峰间距分别为8.6,8.2,6.8,5 mm。结果表明:分层等离子体密度峰值间距随着磁场的增强和放电电流的降低而增大。     

空心阴极放电稳定性试验研究

为研究空心阴极在起弧、稳态及熄弧等三个关键过程的放电特性从而改善地面测试试验中供电电源与空心阴极的匹配性,搭建了实验平台进行了试验研究,获得了这三个过程中阴极的典型伏安特性曲线。对阴极组件起弧及稳态工作过程进行监测,通过动态回路平衡方程确定了使用稳压稳流电源时系统的稳态工作点,并通过试验验证了空心阴极在不同流率点下放电特性的变化情况。最后对空心阴极熄弧过程的伏安特性进行了研究,通过拉偏测试试验确定了维持阴极自持放电的最小维持功率。结果表明:空心阴极与供电电源构成的系统具有两个工作点,阴极在起弧至稳态工作过程中将跨过首个工作点并最终稳定在在阻抗更小的工作点上。阴极的稳态工作伏安特性呈现为典型的负阻特性,适当增大气体流量和发射电流可以提升发射效率。维持LHC-5L型BLa_6阴极稳态放电所需最低输入功率为14 W,维持功率低于该值时空心阴极将熄弧。     

电磁阴极磁场分布对磁控溅射系统伏安特性的影响

本文设计了一种新型圆形平面阴极磁控溅射源.该源具有独特的三极线圈结构,改变各线圈励磁电流可调节靶面磁场强度的大小和分布.通过对系统气体放电伏安特性随各线圈励磁电流大小变化规律的分析,以及对距靶面60mm基片台处等离子体束流密度大小和分布的测试,探讨了阴极磁场分布对磁控溅射系统伏安特性的影响.实验结果表明阴极磁场分布模式对气体放电稳定性和等离子体分布影响显著,当阴极磁场呈现收敛型分布时,二次电子被紧密束缚在靶面附近,降低了基片台附近等离子体束流密度,却增大等离子体束流径向分布均匀性.调节非平衡线圈励磁电流,在附加磁场的作用下,阴极磁场呈现发散型分布,二次电子被引向基片台附近,使得基片台附近等离子体束流密度显著增加但径向均匀性变差.     

低气压下占空比对细长管空心阴极辉光放电电流的影响

为了在细长管内壁获得性能良好质地均匀的膜层,本文在低气压条件下、采用细长管作真空阴极进行空心阴极辉光等离子体放电.通过研究对多种气氛(纯Ar、纯N2、氮气氩气混合)下平均电流、电流峰值的实时测量对比了不同脉冲占空比条件下等离子体放电流,讨论和分析了多气氛下改变占空比所带来的影响.实验结果显示使用频率为40 kHz的脉冲...     

乙炔笼网形空心阴极放电特性研究

为解决常规直流脉冲等离子体增强化学气相沉积工艺制备类金刚石膜沉积速率低问题,美国西南研究院开发了"笼网等离子体浸没离子沉积技术"。采用这种技术,本次实验研究了乙炔气压、流量、脉冲电压及氩气分压等工艺参数对笼形空心阴极放电动力学的影响。结果表明:在单个脉冲辉光放电过程中存在自辉光和空心阴极两种放电模式。工艺参数的影响表现为,乙炔气压由2.5升高到8 Pa,笼网放电击穿电压由1100降为620 V;当脉冲电压从900升高到1400 V,对应乙炔流量为200和100 m L/min时,工作气压分别下降1.4和3.9 Pa;提高脉冲电压或氩气分压,笼形空心阴极辉光增强,笼网电流增大,在p(C2H2):p(Ar)为1∶4时有最高值32 A。     

内径20mm导向套筒内壁处理（2）：空心阴极混合气体放电特性研究

针对高端阀门内径20mm导向套内壁DLC处理,采用高频高压脉冲电源,分别研究了氩气和混合气气氛下脉冲电压、脉宽、频率以及工作气压等参数对管内空心阴极放电伏安特性的影响规律。结果表明:轴向对齐的五个小管内均实现了空心阴极放电,氩气条件下放电电流表现出明显空心阴极放电特征,而混合气条件下电流幅值较为平整。脉冲电压或气压的提高有利于提高放电电流,而脉冲频率的增加会使得峰值电流略有下降,脉宽的增加使得单纯氩气条件下电流峰值逐渐增加,而对于混合其他条件下的峰值电流影响不大,仅使平均电流增加。固定气压10Pa条件下,乙炔流量的变化对放电电流的影响不大,有利于扩大DLC薄膜沉积的工艺窗口范围。以上研究结果为高端阀门小直径导向套等内壁DLC薄膜制备提供工艺基础。     

低气压辉光放电溅射的放电形式

冷阴极气体放电的伏安特性如图1所示。通常所谓的辉光放电是指正常辉光放电(EF)和异常辉光放电(FG),二者除在伏安特性上有区别外,它们的阴极位降区的宽度也不同。前者不随电流而变,后者随电流的增加而减小,如图2所示(图中下标n、an分别表示正常辉光放电和异常辉光放电)。     

偏压对射频空心阴极放电特性影响的PIC/MCC模拟研究

采用粒子网格(PIC)法与Monte Carlo碰撞(MCC)模型相结合的方法(PIC/MCC法),研究了在射频空心阴极放电系统中,负直流偏压(-10～-50 V)对放电特性的影响。通过模拟获得了在不同的外加负直流偏压下,空心电极孔内的电子密度、径向电场、轴向电场等参数的变化。计算结果表明,随着偏压从-10增加到-50 V,阴极孔内电子密度和径向、轴向电场逐渐增大;加偏压的孔内电子密度和径向、轴向电场比不加偏压的更大。从放电早期到达到稳定放电的过程中,电子逐渐从接地阳极附近移入空心电极孔内,孔内电子密度和径向、轴向电场随时间增长而增大;在同一时刻,放电系统施加偏压的孔内电子密度和径向、轴向电场比不加偏压的更大。达到稳定放电后,孔内电子密度和径向、轴向电场等不再发生变化。     

基于均匀模型的低气压电容耦合射频放电特性研究

针对磁流体流动控制技术对大体积、均匀放电等离子体的需要,开展了低气压下平板型电容耦合放电特性实验研究,并基于均匀射频放电模型,联立能量平衡方程建立诊断模型对等离子体参数进行诊断。结果表明:气压较低时,放电为α模式,整个放电空间发光较为均匀,当气压大于500 Pa时,放电转变为γ模式,在电极附近出现负辉光区,但负辉光区较厚占据了整个放电空间,随着气压增大,负辉光区、法拉第暗区厚度减小,并在放电区域中心出现明显正柱区,正柱区面积随负载功率的增大而增大;放电为γ模式时,电流将随负载功率增大而增大,而电压先不变后增大,并且转折点负载功率随着气压增大而增大;电子数密度ne随负载功率的增大线性增大,而电子温度T_e只是略有增大,约为5500 K(0.47 e V)。     

射频空心阴极放电中电子加热机制的实验研究

在氩气环境下对射频驱动下空心阴极的放电特性进行了实验研究,得到了不同工作条件下射频空心阴极放电中的电子密度、电子能量几率分布函数等结果。研究结果表明,相比于平板电极容性耦合射频放电,空心结构电极的射频放电能获得更高的电子密度。在形成空心阴极效应后,等离子体密度随电压、气压的升高而增大。通过EEPF进一步分析了射频空心阴极放电电子加热机制随p D值、工作电压的变化。发现当p D增加时,射频空心阴极放电中电子加热机制从以振荡鞘层对高能电子的随机加热为主逐渐转变为对等离子体中电子的欧姆加热为主;当逐渐提升电压时,电子本身获得能量机制则由开始的欧姆加热转到了向后来的随机加热。     

空心阴极放电中的电势垒和电场反转

利用流体-亚稳态原子模型对柱型空心阴极放电中电场反转和电势垒进行了研究。模拟得到了稳态放电时电势、电子密度、离子密度、电场和粒子流密度等的分布特性。220 V阳极电压和133 Pa氩气下,电子和离子密度峰值位于放电单元中心处,为2.4×1010cm-3;在阴极位降区,离子密度远高于电子密度。负辉区电势高于阳极电势,放电的轴向存在电场反转现象,放电单元的中心处形成一电势垒。电子扩散流密度和电子流密度之比对电场反转的形成有重要影响。文章同时研究了阳极电压对电场反转特性的影响。结果表明,电压升高时,电子扩散流密度升高,电场反转和电势垒现象增强。模拟结果同时表明空心阴极放电模式下有利于电场反转的形成。该研究对于分析空心阴极放电中电场反转的成因有重要的参考价值。     

精密电极结构实现小间隙大气压辉光放电离子源

分析了电极结构精密度对大气压辉光放电稳定性的影响,设计并加工了一套高装配精度的线-筒型离子源.内外电极直径分别为0.16mm和4mm.当电压达到-3.5kV时电晕放电开始发生,放电电流波形为典型的特里切尔脉冲;当电压升高至-4.5kV时放电电流变为直流,表明进入辉光状态.通过放电电流波形可以清晰地观察到从电晕放电到辉光放电的过渡过程,并分析了其物理过程.放电实验表明,该装置可以稳定地实现大气压辉光放电,放电电流与施加电压成正电阻特性,而电极之间的电压在放电电流增大的情况下保持不变.这些放电特性与典型的低气压辉光放电一致.放电电流可达毫安量级,电离度较高,可有效提高检测灵敏度.质谱实验表明该离子源可以很好地离子化甲酸、乙酸、苯酚、苯甲酸等化学物质.     

辉光等离子放电体在表面合金化技术中的研究EI北大核心

辉光等离子放电体直接影响着材料表面合金化时的电压、气压及温度分布从而影响到材料表面的均匀性、组织结构与性能特征。本工作利用发射光谱分析法对表面合金化技术中辉光等离子放电体进行了研究,通过玻尔兹曼方程式和谱线展宽法求得在不同工艺条件下辉光等离子体的电子温度、电子密度。分析了电压、气压对电子温度、电子密度的影响。结果表明:电子温度随工作电压的升高,工作气压的增大先减少后增大,然后又减少;电子密度在放电电压500~1000V,放电气压30~100Pa时是1021m-3在1012~1025m-3范围内,表明该辉光放电体属于典型的异常辉光等离子放电。     

钛表面辉光等离子渗钯电极结构尺寸的优化

分析了钛表面双层辉光等离子渗钯放电状态中的空心阴极放电,分析认为工件极内部是等电位空心阴极放电,源极与工件极是不等电位空心阴极放电.通过对放电状态下电子的作用分析,论证了源极与工件极距离选择20 mm,工件极尺寸选择50 mm,气体压力选择20 Pa是比较合理的电极结构尺寸和气体压力参数.     

利用准光腔对辉光放电等离子体诊断分析

利用建立的准光腔谐振系统对辉光放电空气等离子体中电子密度参数进行了诊断分析。通过测试加载等离子体前后准光腔谐振系统的谐振参数,计算得到被测等离子体的等效复介电常数及电子密度。实验结果表明:采用准光腔诊断辉光放电空气等离子体,测试结果重复性好;当工作气压在30~35 Pa,放电电流在2~8 A时,等离子体密度范围在10~(16)m~(-3)量级,且在相同气压下,电子密度随放电功率增加而增加;与采用标准Langmuir探针的诊断结果相比较,二者差别不大。证明了采用准光腔谐振系统诊断辉光放电等离子体的可靠性与准确性。     

用于电子轰击式汞离子推力器空心阴极的实验研究

本文叙述了空心阴极在电子轰击式汞离子推力器中的功能、推力器对空心阴极的要求。给出了阴极材料、结构、工艺及某些实验结果:即空心阴极的真空发射性能;阴极的放电形式及其伏安特性;阴极点火电压与阴极温度及通过阴极汞流率的关系,稳定放电时离子轰击阴极的加热特性。     

He-CdⅡ笛型空心阴极白光激光器中空心阴极放电的研究

本文从理论上分析了He气的空心阴极放电伏安特性,所得结果与实验数据符合较好;讨论了He-CdⅡ笛型空心阴极白光激光器的伏安特性;初步探讨外贮Cd时Cd蒸汽在激光器中的扩散流动。     

等离子体装置器壁的直流和高频辉光放电清洗

本文描述直流辉光放电、10兆周高频加直流辉光放电原理和实验方法。给出了几种工作气体(H_2,He,Ar,N_2和空气)在30升圆筒形真空室中进行直流辉光放电、直流加高频辉光放电时起辉和灭辉气压随外加电压变化实验结果。实验表明,对于几百伏外加电压下H_2,He,Ar气可在10~(-1)帕气压下起辉;可以维持到10~(-2)帕气压才灭辉。几百伏直流电压附加10兆周高频电源可使起辉气压和灭辉气压下降几倍。空气和氮气比氢更易起辉。对HT-6M托卡马克真空室进行了几十小时常温和100℃中温烘烤条件下辉光放电清洗效果比较,表明边烘烤边辉光放电对水的清洗作用更好。实验由四极质谱仪监测,并用真空传输装置将样品传送到俄歇谱仪中分析放电前后表面成分的变化。对放电有关问题进行了讨论。     

内径20mm导向套筒内壁处理(1):空心阴极氩气放电特性研究

针对高端阀门内径20mm导向套内壁处理,采用高频高压脉冲电源,研究了氩气气氛下工作气压、脉冲电压和频率等参数对导向套空心阴极放电伏安特性的影响,并对工件间距及与阳极距离等放电结构进行了研究。结果表明:管内空心阴极放电需要一个稳定过程,脉冲电流随着时间的增加逐步降低,而后达到稳定放电阶段。提高脉冲电压或工作气压,管内空心阴极脉冲峰值电流增加。脉宽或频率的增加,脉冲峰值电流不变,但平均电流增加,且频率的增加使得激励时间减少。放电结构的分析表明,管间距的减少,放电电流变化不大,而管口与阳极之间距离的减少,使得放电峰值电流略有增加。以上研究结果为高端阀门小直径导向套等内壁薄膜制备提供了有效指导。     

细长石英管内直流放电等离子体研究

利用朗缪尔双探针等离子体诊断方法,研究了细长石英管内的低气压直流放电行为,探讨了细长管空间内的放电条件对等离子体参数的影响规律。结果表明:通过提高放电功率和增加阴极数目可以有效的提高等离子体密度,且当放电气压为100 Pa时,电子密度最大,本装置所测最大密度为1.03×10~(17)m~(-3);电子温度则随着放电功率和放电气压的增大而不断减小;放电距离越远,对击穿电压要求越高,分段式放电可以在较低的放电电压下,对较远的电极距离实现直流放电。