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射頻微等離子體的結構特點有哪些?

2020-02-11 來源:普樂斯等離子清洗機 字號:

在之前的文章中,對射頻大氣壓輝光放電已經有所介紹,那么,如果在射頻放電中,將放電的間隙進一步縮小到微等離子體尺度內,即為1mm左右,乃至到了幾百微米的量級,射頻微等離子體又會出現哪一些新的特點呢?接下來我們與大家共同探討。

如下圖所示,是在相同的電流下,射頻微等離子體鞘層區與等離子體區的分布比例。在給定電流密度0.06A/cm2,當放電間隙逐漸增加,實驗與計算均表明鞘層開始逐漸增加,而當極板間隙增加超過500μm后,鞘層厚度幾乎保持在215μm不變。而對于等離子體區的厚度,其從100μm到900μm一直在單調增加。

通過上圖我們可知,當放電間隙小于500μm時,放電等離子體由傳統的輝光放電結構轉化為一種鞘層主導的結構,即鞘層成為放電空間的主要部分。同時,數值模擬還表明,在鞘層主導的放電結構中,整個放電空間失去了電中性,呈現為電正性,如下圖所示。

如果想在射頻微等離子中繼續獲得正常的輝光結構,保證放電間隙內的電中性,提高放電頻率是一種可行的方法。下圖給出了在不同頻率下兩個周期電子密度的時空分布。圖中顯示,當頻率為13.56MHz時,只有在電極附近才有大量的電子,其密度近似3.06×1011cm-3。

而當頻率增加到27.12MHz時,產生的3.15×1011cm-3的電子密度在極板間隨著外加電壓的改變來回振蕩,從一個極板到另一個極板,幾乎占據了整個間隙。隨著頻率進一步增加到54.24MHz,在放電間隙產生的高密度電子,形成一個穩定的中性等離子體區。這些數據表明,隨著頻率的增加,放電結構發生改變,傳統的輝光結構也可以出現。

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