螺旋波等離子體源（Helicon Plasma Source-HPS）是一種高密度等離子體源,其在大規(guī)模半導體加工、高功率等離子體推進以及聚變材料相互作用等方面具有特殊的應用價值,并以獨特的優(yōu)勢逐漸成為人們的研究關注的焦點。螺旋波等離子體的數(shù)值模擬對于理解表征電離氣體（例如電參數(shù)）的不同物理量的行為是至關重要的。本文研究了工作頻率為13.56MHz射頻天線與腔體半徑為0.075m的圓柱形等離子體的耦合,利用HELIC代碼,研究計算了不同電子溫度和氣體壓強分布條件下螺旋波等離子體的能量沉積和電流、電場徑向分布特性,獲得了溫度和壓強分布對放電特性的影響。得出徑向電子溫度呈正梯度時更有利于等離子體中心處的功率吸收,溫度梯度類型對電場強度和電流密度分布影響不大。中性壓強呈正梯度時增大了等離子體邊緣處感應電場,并減弱了邊緣處功率沉積,波能量耦合深度加深,更有利于中心處功率的耦合吸收。等離子體徑向密度呈拋物線分布下,等離子體中心處和邊緣處功率沉積較大,其中邊緣處附近功率沉積尤為突出且明顯高于高斯密度分布下的功率沉積;徑向密度呈高斯分布下,等離子體邊緣處電場強度較高,電流密度較小,射頻波在邊緣位置處... 

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
        1.1.1 螺旋波等離子體
        1.1.2 電離機制
    1.2 主要應用領域
        1.2.1 推進技術
        1.2.2 刻蝕
        1.2.3 薄膜沉積
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.4 本文安排
第二章 等離子體與波相互作用理論
    2.1 波形理論模型
    2.2 色散關系
    2.3 常用螺旋波天線
    2.4 本章小結
第三章 徑向溫度和壓強梯度對螺旋波等離子體能量分布和場型的影響
    3.1 HELIC代碼方法簡介
    3.2 HELIC代碼模擬設定
    3.3 溫度梯度
        3.3.1 溫度梯度對功率沉積的影響
        3.3.2 溫度梯度對電場強度和電流密度的影響
    3.4 壓強梯度
        3.4.1 壓強梯度對功率沉積的影響
        3.4.2 壓強梯度對電場強度和電流密度的影響
    3.5 本章小結
第四章 基于COMSOL的螺旋波等離子體源仿真模擬研究
    4.1 COMSOL Multiphysics簡介和建模注意事項
    4.2 螺旋波等離子體放電數(shù)學模型
    4.3 本章涉及的化學反應機理
    4.4 計算模型
        4.4.1 模型搭建
        4.4.2 求解器設置
    4.5 放電結果分析
        4.5.1 天線功率對放電仿真結果的影響
        4.5.2 氣體壓強對放電仿真結果的影響
        4.5.3 軸向磁感應強度對放電仿真結果的影響
        4.5.4 環(huán)形天線數(shù)目對放電仿真結果的影響
    4.6 本章小結
第五章 總結與展望
    5.1 總結
    5.2 展望
參考文獻
附錄 A 電子碰撞關系
致謝
作者簡介及在碩士學習期間取得的學術成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]徑向溫度和壓強分布對螺旋波等離子體能量分布和場型的影響[J]. 何超,吳東升,平蘭蘭.  中國科學技術大學學報. 2019(12)
[2]超低軌吸氣式螺旋波電推進概念研究[J]. 任瓊英,葛麗麗,鄭慧奇,丁亮,李濤,周靖恒,唐振宇,彭毓川,趙華.  航天器環(huán)境工程. 2020(01)
[3]螺旋波電推進地面試驗測試平臺的設計[J]. 張燚,韓瀟,顧苗,方嬿.  機械制造. 2019(10)
[4]螺旋波等離子體原型實驗裝置中天線的優(yōu)化設計與功率沉積[J]. 平蘭蘭,張新軍,楊樺,徐國盛,萇磊,吳東升,呂虹,鄭長勇,彭金花,金海紅,何超,甘桂華.  物理學報. 2019(20)
[5]氬氣壓力對螺旋波放電影響的發(fā)射光譜診斷及仿真研究[J]. 段朋振,李益文,張百靈,魏小龍,萇磊,趙偉灼.  光譜學與光譜分析. 2019(08)
[6]基于ISRU應用的電磁推進技術[J]. 趙大年,張?zhí)炱?孫新鋒.  真空與低溫. 2019(03)
[7]螺旋波離子推力器關鍵技術研究[J]. 魚偉東,張?zhí)炱?溫曉東,孫新鋒.  真空與低溫. 2019(02)
[8]澳大利亞國立大學等離子體推進研究[J]. 萇磊,段煉,胡馨月,姚建堯,胡建新,胡寧.  推進技術. 2018(03)
[9]螺旋波等離子體合成SiON薄膜及其特性[J]. 於俊,黃天源,季佩宇,金成剛,諸葛蘭劍,吳雪梅.  科學通報. 2017(19)
[10]登陸火星飛船“推進系統(tǒng)”的遴選及其物理學性能[J]. 宋知沆,劉玉穎.  物理與工程. 2016(01)

博士論文
[1]電推進中螺旋波放電等離子體數(shù)值模擬與光學診斷研究[D]. 楊雄.國防科技大學 2017

碩士論文
[1]螺旋波等離子體活性氣體放電特性研究[D]. 季佩宇.蘇州大學 2018
[2]螺旋波等離子體推力器地面實驗原理樣機設計[D]. 郝劍昆.大連理工大學 2015



本文編號：3699362