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等离子体源离子注入过程中鞘层时空演化的计算机模拟

作　者: 赵璐璐
导　师: 刘成森
学　校: 辽宁师范大学
专　业: 等离子体物理
关键词: 等离子体源离子注入流体动力学模型等离子体鞘层
分类号: O53
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

在等离子体材料表面加工技术应用中，等离子体鞘层的时空演化过程对等离子体与材料表面相互作用有着非常重要的意义。等离子体源离子注入(PSII)，是将待注入的工件直接放在等离子体中，并在工件上施加一系列负高压脉冲，形成等离子体鞘层，离子在变化的电场中获得能量并注入到工件中。PSII技术消除了一般束线离子注入所固有的视线限制，达到了表面改性的效果，也使得注入装置变得简单和价廉。本文建立了一维无碰撞流体动力学模型，其中利用描述离子的连续性方程、动量方程、电子Boltzmann分布，以及描述鞘层中电势分布的泊松方程，研究出等离子体鞘层中各种物理量的时空演化规律。针对柱形容器，考察了无附加电极和在中心轴线处放置零电位附加电极两种情况下，空心圆管内部等离子体鞘层的演化过程。得出了各自情况下鞘层中电势分布、离子密度分布，空心圆管内表面离子束流密度分布和离子注入剂量分布。针对球形容器，考察了在中心放置零电位球形附加电极情况下的等离子体鞘层的演化过程。实验结果显示，等离子体源离子注入技术在球形容器上也同样得到了很好的应用。

全文目录

中文摘要  5-6
1 引言  6-16
  1.1 等离子体理论概述  6-9
  1.2 离子注入技术  9-14
    1.2.1 一般束线离子注入  11-12
    1.2.2 等离子体源离子注入  12-14
  1.3 等离子体源离子注入的发展与应用  14-15
  1.4 本文的完成工作  15-16
2 等离子体源离子注入过程中鞘层演化的物理过程研究  16-24
  2.1 PSII过程中等离子体鞘层演化的研究方法  16-21
    2.1.1 解析法  17-18
    2.1.2 流体动力学法  18-19
    2.1.3 Monte Carlo方法  19-20
    2.1.4 PIC(Particle in cell)方法  20-21
  2.2 PSII过程中的流体动力学求解方法  21-24
3 空心圆管内等离子体源离子注入鞘层的数值模拟  24-37
  3.1 计算机模拟  24-26
  3.2 空心圆管内无附加电极时的数值模拟结果  26-30
  3.3 空心圆管内轴线处放置附加零电位电极情况下的数值模拟结果  30-36
  3.4 小结  36-37
4 球形容器内等离子体源离子注入过程中鞘层的数值模拟  37-45
  4.1 等离子体鞘层的计算机模拟  37-39
  4.2 球心处放置附加零电位电极情况下的数值模拟  39-44
  4.3 小结  44-45
5 结论  45-46
致谢  46
英文摘要  46-47
参考文献  47-52
学位论文独创性声明  52
学位论文版权的使用授权书  52

等离子体源离子注入过程中鞘层时空演化的计算机模拟

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