Breakdown modes of capacitively coupled plasma II: unsustainable discharges
本文利用一维隐式 PIC/MCC 模拟纯氩极低压高频 CCP 放电，识别正常失效、偏压失效和逃逸失效三类不可持续放电机制，为确定可持续参数和避免工业损失提供依据。
2023-12-09 physics.plasm-ph
Theoretical and experimental study of ion flux formation in an asymmetric high-frequency capacitive discharge
通过实验和采用粒子网格法进行二维动力学建模，研究了不同几何形状轴对称腔室中氩气高频电容放电的参数。它表明，在驱动和接地电极的面积的比例的变化，可以大大增加电极上的离子能量几乎不干扰等离子体参数。特别注意的是支付给研究的自偏置电压和离子分布函数的气体压力范围从15到70毫托的电极。自洽计算结果与实验数据符合良好。
2010-06-29 physics.plasm-ph
Resonantly Driven Electron Bernstein Waves in Magnetized Low-Pressure Capacitive Discharges
School of Physical Sciences, UM-DAE Centre for Excellence in Basic Sciences, University of Mumbai（孟买大学物理科学学院，UM-DAE基础科学卓越中心）；Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴哈国家研究所）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
研究在弱磁化条件下电容耦合等离子体放电的物理机制，发现电子伯恩斯坦波在等离子体本体中传播，并通过粒子-细胞蒙特卡洛碰撞模拟分析其机制。
2026-05-19 physics.plasm-ph
On electron heating in a low pressure capacitively coupled oxygen discharge
我们使用一维面向对象的粒子在细胞碰撞程序oopd 1探索带电粒子密度，电负性，电子能量概率函数（EEPF），和电子加热机制在单频电容耦合氧放电时，施加的电压幅值是不同的。我们探讨放电工作在10毫托，其中电子加热等离子体（电负性核心）内占主导地位，并在50毫托鞘加热占主导地位。在10 mTorr下，放电以组合的漂移双极（DA）和$α$模式操作，在50 mTorr下，放电以纯$α$模式操作。在10 mTorr下，有效电子温度高，并且随着驱动电压幅度的增加而增加，而在50 mTorr下，有效电子温度低得多，特别是在负电性芯内，其大约为0.2 - 0.3 eV，并且仅随电压幅度变化很小。
2017-11-27 physics.plasm-ph
Driving frequency effect on discharge parameters and higher harmonic generation in capacitive discharges at constant power densities
甚高频（VHF）驱动的电容放电由于其高加工速率和较低的基板损伤，现在越来越多地被采用于基于等离子体的材料加工。过去的研究涉及复杂的等离子体动力学和高次谐波产生在这样的系统中仅限于恒定的电压/电流条件下，而工业系统主要是由恒定的功率密度源驱动。在本研究中，使用粒子在细胞（PIC）模拟，我们探讨了无碰撞的对称电容放电，在恒定的功率密度操作的动力学。我们的重点是在放电参数，如电子密度/温度，电子能量分布函数（EEDF），离子能量分布函数（IEDF），并在设备中的高次谐波的产生的驱动频率的效果。在氩等离子体中在1 Pa的气压下对27.12-100 MHz的驱动频率和两个功率密度值（即2 kW/m3和20 kW/m3）进行模拟。据观察，所需的放电电压，以保持恒定的功率密度降低和放电电流增加，随着驱动频率的增加。在两种功率密度下都观察到了跃迁频率。在跃迁频率之前密度减小（电子温度升高），而在越过跃迁频率之后趋势相反。的EEDF示出增强的人口的中间能量范围内的电子作为驱动频率增加到过渡频率，从而改变EEDF的形状从双麦克斯韦到近麦克斯韦，然后转化为近双麦克斯韦在更高的驱动频率。
2020-07-07 physics.plasm-ph
N2-H2 capacitively coupled radio-frequency discharges at low pressure. Part II. Modelling results: the relevance of plasma-surface interaction
在这项工作中，我们提出了N2-H2电容耦合射频放电，运行在低压（0.3-0.9毫巴），低功率（5-20 W），和H2的量高达5%的模拟结果。模拟使用的混合代码，耦合一个二维的时间依赖性的流体模块，描述的动态放电中的带电粒子，零维动力学模块，解决玻尔兹曼方程，并描述中性物质的生产和破坏。该模型占几个振动和电子激发态的生产，并包含一个详细的表面化学，包括重组过程和生产的NHX分子。得到的结果突出了等离子体和表面之间的相互作用的相关性，给定的次级电子发射的放电的电参数和氨的表面生产的中性和离子化学的放电的至关重要的作用。
2021-03-08 physics.plasm-ph
An enhanced operating regime for high frequency capacitive discharges
我们报告存在一个增强的操作制度的高频，低压电容耦合等离子体（CCP）放电中存在的弱磁场施加平行于电极。我们的PIC-MCC模拟表明，等离子体密度和离子通量值表现出尖锐的峰值时，电子回旋频率等于所施加的RF频率的一半。负责这种行为的物理机制被追踪到电极鞘边缘的振荡运动和由该鞘反射的一组电子的运动之间的同步。这些电子获得大量的能量，导致伴随的更高的电离，导致离子通量的峰值。我们的理论研究结果应该是很容易验证的实验在当今的CCP设备，可以提供有用的指导方针，提高CCP设备的操作性能在工业应用中。
2020-12-04 physics.plasm-ph
A systematic investigation of electric field nonlinearity and field reversal in low pressure capacitive discharges driven by sawtooth-like waveforms
本文利用粒子模拟研究锯齿状波形驱动的容性氩放电，系统分析了谐波数量对电场非线性、电场反转及电子和离子加热的影响，揭示了鞘层扩张阶段电场反转更强并导致离子冷却的机制。
2023-09-23 physics.plasm-ph
The effect of surface quenching coefficients of $O_2(a^{1}Δg)$ and $O_2(b^{1}Σg^{+})$ on capacitively coupled $Ar$/$O_2$ discharge: A global/equivalent circuit model study
Key Laboratory of Materials Modification by Laser, Ion and Electron Beams (Ministry of Education), School of Physics, Dalian University of Technology（大连理工大学激光、离子和电子束材料改性教育部重点实验室物理学院）
本文通过全局/等效电路模型研究了O₂(a¹Δg)和O₂(b¹Σg⁺)表面淬灭系数对电容耦合Ar/O₂放电特性的影响，揭示了其对等离子体特性的重要性。
2026-01-13 physics.plasm-ph
Plasma asymmetry, electron and ion energy distribution function in capacitive discharges excited by tailored waveforms
利用粒子模拟技术，研究了在特定波形激励下电容放电中等离子体和电离的不对称性以及电子和离子能量分布函数。在13.56 MHz的基频下，对于50 A/m2的恒定电流密度和5 mTorr的氩气压力施加三种不同的波形，即正弦波形、锯齿波形和方形波形。模拟结果表明，方波激励产生的等离子体密度最高，而类方波激励产生的等离子体的不对称性最大。方波和正弦波都产生多束高能电子，从鞘层边缘附近的扩展阶段，然后在瞬时鞘层位置上进行高达100 MHz的高频调制。电子能量分布函数描绘了与正弦和正弦波形相比，方波的3电子温度和高度升高的尾端电子。离子能量分布函数在供电电极和接地电极处均为双峰分布，在类锯齿波情况下具有较大的不对称性和窄型分布。这些结果表明，选择的波形是非常关键的，同时实现最大的不对称性和等离子体密度在放电。
2021-11-23 physics.plasm-ph
Unveiling the role of dielectric trap states on capacitively coupled radio-frequency plasma discharge: dynamic charging behaviors
从理论和Particleincell/MonteCarlo碰撞模拟两方面研究了介质边界材料中电荷陷阱态对电容耦合射频等离子体放电的影响。研究发现，壁材料的陷阱态主要通过改变固体边界内积累的动态表面电荷引起的离子感生次级电子发射（SEE）系数来控制放电特性。首先建立了一个考虑表面荷电的综合SEE模型，该模型综合考虑了价带电子分布、电子陷阱密度以及通过俄歇中和和去激发捕获的电荷。理论分析揭示了陷阱态对鞘层溶液、稳定性、等离子体密度和温度、粒子和功率平衡等的影响。模拟结果表明，随着电荷相关发射系数的增加，平均射频鞘层电势降低。随着气体压力的增加，观察到的位移的最大电离率从体等离子体中心的等离子体鞘层界面，这也是由陷阱状态的电极材料的位移发生在一个较低的压力与陷阱考虑。此外，电荷陷阱有助于产生几何对称结构的非对称等离子体放电，这种效应在γ模放电中更为明显。
2021-01-09 physics.plasm-ph
Ion dynamics in capacitively coupled argon-xenon discharges
氩-氙（Ar/Xe）等离子体被用作复杂等离子体的模型系统。在此基础上，利用粒子模拟/蒙特卡罗碰撞（PIC/MCC）方法研究了对称低压电容耦合射频放电。除了模拟，一个分析的能量平衡模型与模拟数据馈给进一步分析的结果。本文主要研究了以两种离子和一种混合气体为背景的等离子体中的离子动力学。通过改变单频放电的气体成分和驱动电压，讨论了放电的基本机制，如等离子体密度和能量色散的演变。因此，密切关注这些措施对电极表面离子能量分布函数的影响。结果表明，气体成分和驱动电压都可以显着影响离子动力学。氩与氙的混合比允许将一种离子种类的分布函数从无碰撞转移到碰撞主导。混合比用作离子通量和离子在表面处的撞击能量的控制参数。此外，氩离子化和氙离子化之间的协同效应被发现和讨论。
2021-02-17 physics.plasm-ph
Consistent simulation of capacitive radio-frequency discharges and external matching networks
外部匹配网络是至关重要的和必要的操作电容耦合等离子体，以最大限度地吸收功率。实验表明，外部电路在一般情况下严重的相互作用与等离子体在一个非线性的方式。必须考虑这种相互作用，以便能够设计合适的网络，例如，用于等离子体处理系统。为了全面了解这种耦合的基础物理学，考虑等离子体和电路动力学的非线性模拟方法可以提供有用的见解。在这项工作中，等效电路等离子体模型和集总元件组成的外部电路的耦合进行了讨论。等离子体模型本身是自洽的，在这个意义上，等离子体密度和电子温度是从基于全局等离子体化学模型的吸收功率计算的。该方法包括真实等离子体系统中存在的所有元件，即，放电本身、匹配网络、发电机以及杂散损耗元件。虽然这项工作的主要成果是概念方法本身，在一个单频电容耦合放电的例子，其适用性得到证明。结果表明，它提供了一个有效的和高效的方法来分析和理解实际等离子体系统的非线性动力学，而且，可以应用于综合最佳匹配网络。
2018-04-16 physics.plasm-ph
Ion energy distribution function in very high frequency capacitive discharges excited by sawtooth waveform
本文通过粒子在胞模拟研究锯齿电流波形激发的对称CCP放电，揭示驱动频率与电流幅值对IEDF双峰结构、能量不对称及直流自偏压的影响，指出VHF更利于获得窄低能IEDF。
2021-06-28 physics.plasm-ph
Discharge characteristics of a low-pressure geometrically asymmetric cylindrical capacitively coupled plasma with an axisymmetric magnetic field
本文实验研究了轴对称磁场对低压几何非对称圆柱形电容耦合等离子体放电特性的影响，发现磁场可调控放电非对称性、电子温度及 EEDF，并实现离子能量与通量的独立控制。
2023-06-01 physics.plasm-ph
Experimental investigation of an electronegative cylindrical capacitively coupled geometrically asymmetric plasma discharge with an axisymmetric magnetic field
本研究在几何不对称圆柱形电容耦合射频放电中混合电负性氧气与电正性氩气，探究轴向磁场对负离子产生的影响。磁场引起ExB漂移，约束高能电子于边缘，降低体相密度与负离子比例，但升高电子温度。结论表明低磁场更利于负离子生成，且磁场与气体比例共同调控负离子比例。
2024-05-23 physics.plasm-ph
Diagnosis of electron density and temperature by using collisional radiative model in capacitively coupled Ar plasmas I: triple-frequency discharges
建立了一个适用于低气压的18能级氩碰撞辐射模型。该模型可以通过结合光学发射光谱（OES）和朗缪尔探针校准来求解。在不同频率和功率的电容耦合等离子体中，将模型计算的电子温度和密度与朗缪尔探针测量的结果进行了比较。结果表明，在固定压力下，任何频率或功率下的校准点都是合适的。将该方法应用于三频（TF）CCP的诊断，结果表明高频（HF）功率主要控制电子密度，低频（LF）功率主要控制电子温度，中频（IF）功率介于两者之间。与双频CCP相比，随着中频功率的增加，高频功率对电子密度的控制更加独立，对电子温度的影响更小。
2020-12-08 physics.plasm-ph
Nonlocal dynamics of secondary electrons in capacitively coupled radio frequency discharges
在电容耦合射频（CCRF）放电中，等离子体和表面边界的相互作用与各种与工艺过程高度相关的现象有关。一种可能的等离子体-表面相互作用是产生次级电子（SE），当在鞘层电场中加速时，其显著影响放电。然而，SE，特别是电子诱导SE（$\updelta$ -电子），经常被忽略的理论和模拟。由于在表面有效产生$\updelta$ -电子的相对高的阈值能量，它们的动力学与离子诱导的SE（$\upgamma$ -电子）的动力学密切相关并纠缠。因此，必须在纳秒时间尺度上实现对电子动力学的基本理解，并且必须隔离不同电子组的影响。这项工作利用$1d3v$粒子在细胞/蒙特卡罗碰撞（PIC/MCC）模拟的对称放电在低压制度（$p\,=\, 1\,\rm{Pa}$）与现实的电子表面相互作用的二氧化硅。一个诊断框架，隔离的电子分为三组（“散装电子”，“$\upgamma$ -电子”，和“$\updelta$ -电子”），以分析和讨论它们的动力学。电极间隙尺寸$L_\mathrm{gap}$的变化，然后提出作为一种控制工具，以改变放电的动态显着。结果表明，这种控制的结果在两个不同的制度，低和高等离子体密度，分别。这两个制度的基本电子动力学的解释，这需要一个完整的分析开始在全球参数（例如，密度）下降到单个电子轨迹。
2023-03-27 physics.plasm-ph
Electric field non-linearity in very high frequency capacitive discharges at constant electron plasma frequency
采用自洽粒子模拟方法研究了恒定电子等离子体频率下，驱动频率对低压对称电容耦合等离子体（CCP）放电中电场非线性、电子加热机制和电子能量分布函数（EEDF）的影响.在氩气中，在1 Pa的气压下，对于3.2 cm的放电间隙，驱动频率从27.12 MHz变化到100 MHz。模拟结果提供了一个恒定的电子响应时间的CCP系统中的高次谐波产生的洞察。给出了不同驱动频率下电子加热的时空演化和空间时间平均。仿真结果表明，电场的非线性随着驱动频率的增加而增加，同时高次谐波含量也随之增加。在较高的驱动频率下，除了鞘层边缘附近的电子加热和冷却外，<J.E>在体等离子体中还观察到了正电子。EEDF示出了随着驱动频率增加，中能量范围电子的数量增加，从而将EEDF的形状从双麦克斯韦改变为接近麦克斯韦。对于电极表面上的恒定离子通量，观察到随着驱动频率的增加，离子能量减少一半以上。
2019-09-23 physics.plasm-ph
Controlling the Density of Plasma Species in Ar/CF4 Radiofrequency Capacitively Coupled Plasma Discharges
在这篇手稿中，流体模型被用来计算假设几何对称的Ar/CF 4辐射电容耦合等离子体的等离子体物种的密度。电极由振幅为200 V、频率为13.56 MHz的正弦波形驱动。电极之间的间隙为5cm。的等离子体物种密度计算作为一个功能的气体压力，电子温度，和气体成分。在最近的实验结果，$CF^+_3$和F的一个很好的协议是占主导地位的所有考虑的模拟参数。结果解释了进行原子层蚀刻和纳米层沉积工艺的途径。为了揭示电子加热对放电动力学的影响，将时空电子能量方程耦合到流体模型中。已经发现，调整驱动电位可以控制某些等离子体物质的浓度。当以基频驱动等离子体时，欧姆和随机加热允许电子被对称地加热。高次谐波引起供电和接地护套之间的电不对称性和电子加热不对称性。电子温度取决于驱动的谐波;它调整增益和损耗率和一些等离子体物种密度。
2023-03-27 physics.plasm-ph
The role of surface quenching of the singlet delta molecule in a capacitively coupled oxygen discharge
我们使用一维面向对象的粒子在细胞中的Monte Carlo碰撞代码oopd 1探索单重态δ亚稳分子O $_2$（一个$^1Δ_{\rm g}$）的表面淬灭对电子加热机制的影响，和电子能量概率函数（EEPF），在单频电容耦合氧放电。当在低压（10 mTorr）下操作时，在0.00001 - 0.1的范围内改变表面淬火系数对电子加热机制没有影响，并且在等离子体本体中电子加热由漂移双极（DA）加热主导，并且在鞘层区域中观察到电子冷却。当压力增加到25 mTorr时，电子加热变成DA模式和$α-$模式加热的组合，并且DA模式的作用随着表面猝灭系数的减小而减小。在50毫托电子加热鞘区占主导地位。然而，对于最高的淬灭系数有一些贡献，从DA模式中的等离子体块，但这种贡献减少到几乎为零，纯$α-$模式的电子加热观察到的表面淬灭系数为0.001或更小。
2018-07-06 physics.plasm-ph
Simulation benchmarks for low-pressure plasmas: capacitive discharges
基准测试通常被认为是证明计算机模拟正确性的一个重要因素。在现代意义上，基准是计算机模拟的结果，具有正确性的证据，伴随着相关误差的估计，因此可以用作判断其他代码的准确性和效率的基础。在本文中，我们提出了四个基准的情况下，电容耦合放电。这些基准规定了所有相关的物理和数值参数。我们已经模拟了基准条件下使用五个独立开发的粒子在细胞的代码。我们表明，这些模拟的结果是统计上难以区分的，我们定义的不确定性范围内。因此，我们认为这些模拟的结果代表了强有力的基准，可以作为评估其他代码的准确性的基础。这些其他代码可以包括粒子模拟之外的其他方法，其中基准测试不仅可以检查实现的准确性和效率，还可以检查不同物理模型的保真度，例如矩模型或混合模型。我们在附录中讨论了一个这样的例子。当然，我们开发的方法也可以很容易地扩展到一套基准，覆盖更广泛的物理和化学现象。
2012-11-28 physics.plasm-ph
Plasma density and ion energy control via driving frequency and applied voltage in a low pressure capacitively coupled plasma discharge
采用粒子模拟/蒙特卡罗碰撞模拟方法研究了单频低压电容耦合等离子体（CCP）装置在不同射频电压和驱动频率下的动力学特性。一个操作制度被确定，其中对于一个给定的电压的等离子体密度被发现保持恒定的范围内的驱动频率，然后迅速增加的驱动频率的函数。这种模式转变的阈值频率以及恒定密度的值被发现随着所施加的电压的增加而增加。在恒定的密度范围内，对于给定的电压，鞘层宽度被视为作为增加的驱动频率的函数而增加，从而改变离子能量而不影响离子密度。因此，我们的参数研究表明，所施加的电压和驱动频率的双旋钮提供了一种手段，独立控制的密度和离子能量的低压CCP设备，可以有效地利用等离子体处理应用。
2018-06-18 physics.plasm-ph
Accuracy of the Explicit Energy-Conserving Particle-in-Cell Method for Under-resolved Simulations of Capacitively Coupled Plasma Discharges
本文验证显式能量守恒PIC算法在欠分辨电容耦合等离子体模拟中的精度，通过非均匀网格减少9.4倍单元，降低计算成本。
2023-08-30 physics.plasm-ph
Simulation Studies of Resonant Excitation of Electron Bernstein Waves in Capacitive Discharges
School of Physical Sciences, UM-DAE Centre for Excellence in Basic Sciences, University of Mumbai（孟买大学基础科学卓越中心物理学院）；Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
本研究通过模拟探讨了弱磁场条件下等离子体电容放电中电子伯恩斯坦波的共振激发现象，揭示了磁场强度变化对放电对称性及电子伯恩斯坦波传播的影响。
2026-05-19 physics.plasm-ph
Particle-in-Cell/Test-Particle Simulations of Technological Plasmas: Sputtering Transport in Capacitive Radio Frequency Discharges
本文提供了一个教程的概念布局的自洽耦合粒子在细胞/测试粒子模型的溅射传输在低气压下的电容耦合等离子体的动力学模拟。它解释了什么时候实际上需要动力学方法，以及哪些数值概念允许带电粒子和中性粒子的固有非平衡行为。在一个通用的溅射放电的例子中，所应用的蒙特卡罗方法的基本原理，以及在溅射场景的背景下的概念细节进行了阐述on. Finally，两个溅射运输模拟的背景下，经常利用的假设，即碰撞离子的能量分布以及测试粒子的方法，验证了拟议的例子放电。
2016-07-14 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Stability of two-dimensional complex plasma monolayers in asymmetric capacitively-coupled radio-frequency discharges
本文研究了在非对称电容耦合射频氩放电功率电极鞘层中悬浮的复杂等离子体单层的稳定性。与以往的研究相比，通过实际的实验控制参数，如气体压力和放电功率的操作，实现了实验结果和理论的更好结合。结果表明，对于给定的微粒单分子层，在一定的放电功率下，存在两个阈值压力：（i）高于特定压力pcryst时，单分子层总是结晶;（ii）低于特定压力pMCI时，结晶单分子层经历模式耦合不稳定性，二维复杂等离子体晶体熔化。在pMCI和pcrysts之间，微粒单层既可以是液相，也可以是晶相：当压力从pMCI以下增加时，单层保持在液相，直到达到pcrysts再结晶;当压力从P晶体以上降低时，单层保持在结晶相，直到达到pMCI，在pMCI处触发模式耦合不稳定性并且晶体熔化。一个简单的自洽鞘层模型被用来计算射频鞘层轮廓，微粒电荷和微粒子共振频率作为功率和背景氩压力的函数。结合晶格模的计算，得到了pMCI随功率和背景氩压变化的主要趋势。晶相中模式耦合不稳定性的阈值主要由纵向面内晶格模和鞘层轮廓变化引起的面外晶格模的交叉决定。离子尾流被证明有一个显着的effecttoo。
2021-10-18 physics.plasm-ph
Influence of driving frequency on the metastable atoms and electron energy distribution function in a capacitively coupled argon discharge
一维粒子模拟被用来模拟从13.56 MHz到100 MHz的驱动频率范围内的电容耦合氩等离子体。氩化学组可以选择性地包括两个亚稳态水平，从而实现多步电离和亚稳态汇集。结果表明，在较高的激发频率下，亚稳态原子的加入使等离子体密度降低，但原子间的差异较大。多步电离对总密度的贡献随激发频率的增加而增加。电子温度随着亚稳原子的加入而升高，随着激发频率的增加而降低。在较低的激发频率下，Ar**（3p5 4p，13.1 eV）的密度高于Ar*（3p5 4s，11.6 eV），而在较高的激发频率下，Ar*（3p5 4s，11.6 eV）是主要的亚稳原子。亚稳态和电子温度分布从较低激发频率下的抛物线分布演变为较高激发频率下的鞍型分布。在亚稳条件下，电子能量分布函数（EEDF）的形状从低激发频率下的Druyvesteyn型变为高频等离子体激发下的双麦克斯韦型，而在无亚稳原子的情况下，观察到三温EEDF。
2018-05-02 physics.plasm-ph
Kinetic Simulation of He radio frequency capacitive coupled plasma
本文利用Particle-in-Cell程序模拟He射频容性耦合等离子体，揭示驱动频率、幅值与相移对鞘层、粒子能量角分布及放电特性的调控作用。
2023-09-28 physics.plasm-ph
Investigating the effects of electron bounce-cyclotron resonance on plasma dynamics in capacitive discharges operated in the presence of a weak transverse magnetic field
最近，S Patil等人报道了当在平行于其电极施加的弱外部磁场存在下由非常高的射频（60 MHz）源驱动低压（5 mTorr）电容耦合放电（CCP）时存在增强的操作状态。他们的Particle-in-Cell（PIC）模拟表明，当电子回旋频率等于给定固定电压的所施加RF频率的一半时，可以在电极处实现显著更高的体等离子体密度和离子通量。在目前的工作中，我们需要详细了解这种现象，并进一步描绘这种“电子反弹回旋共振（EBCR）”的电子和离子动力学系统的效果。我们发现在共振条件下，电离碰撞率和随机加热最大。电子能量分布函数还表明，对于EBCR最大的情况，尾端电子的布居最高。在较低的施加磁场值下，也可以看到体等离子体区域中电场瞬变的形成。最后，我们证明了EBCR诱导效应是一个低压现象，随着中性气体压力的增加而减弱。这种效果的潜在效用，以提高CCP设备的操作性能，用于工业目的进行了讨论。
2022-04-12 physics.plasm-ph
High frequency sheath modulation and higher harmonic generation in a low pressure very high frequency capacitively coupled plasma excited by sawtooth waveform
采用粒子模拟方法研究了锯齿波激励下低压甚高频电容耦合等离子体（CCP）的放电不对称性、高次谐波产生和电子加热机制.两个电流密度，50 A/m2和100 A/m2被选择用于在氩等离子体中的5 mTorr的恒定气压。驱动频率从13.56 MHz变化到54.24 MHz。在较低的驱动频率下，观察到接地电极处瞬时鞘边缘位置的高频调制。这些高频振荡在鞘层边缘附近产生多个电离束状结构，其驱动放电中的等离子体密度，并且在较低驱动频率下负责放电/电离不对称性。相反地，电极电压显示在较高驱动频率下的高次谐波产生，并且在体等离子体中观察到相应的电场瞬变。在较低的驱动频率下，电子加热是最大的鞘层边缘附近的电子冷却等离子体块内，然而，交替加热和冷却，即突发状结构，在较高的驱动频率下获得。这些结果表明，在这些放电中的电子加热将无法准确地描述简单的分析模型。
2020-07-19 physics.plasm-ph
Computerized Langmuir Probe Measurements in a Capacitively Coupled RF Discharge
一个自动化的计算机化的朗缪尔探针测量系统被用来确定等离子体反应器中的等离子体参数，该等离子体反应器被构造用于通过RF放电来清洁金属工件。补偿探头可确保抑制射频干扰。使用连接到便携式计算机的商业数据采集单元收集探针数据。使用小波变换技术处理原始数据，该技术确保探头信号的去噪而不使探头I-V特性失真。确定I-V特性的一阶和二阶导数。在电极间距离的电子密度空间分布的测量表明，在放电的中间区域的平坦的密度分布。
2014-06-21 physics.ins-det physics.plasm-ph
Effect of gas pressure on plasma asymmetry and higher harmonics generation in sawtooth waveform driven capacitively coupled plasma discharge
本研究通过PIC模拟探究锯齿波驱动对称电容耦合等离子体中气体压力对等离子体不对称性及高次谐波的影响，发现压力升高降低空间不对称性并抑制高次谐波，且二次电子发射影响可忽略。
2024-09-20 physics.plasm-ph
Flux and energy asymmetry in a low pressure capacitively coupled plasma discharge excited by sawtooth-like waveform -- a harmonic study
本研究通过粒子模拟探究锯齿波形谐波数量对无碰撞低压CCP放电不对称性的影响，发现谐波数调控可改变鞘层对称性与离子能量不对称性，但不产生离子通量不对称性，为等离子体加工调控提供参考。
2023-02-05 physics.plasm-ph
Revisiting Electron Heating in Capacitively Coupled Plasma (CCP) Discharges: A Nonlinear Dynamics Perspective
Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；School of Physical Sciences, UM-DAE Centre for Excellence in Basic Sciences, University of Mumbai（孟买大学物理科学学院，UM-DAE基础科学卓越中心）
本研究从非线性动力学视角，通过李雅普诺夫指数分析揭示稳态CCP放电中电子运动的混沌行为，确立其为无碰撞CCP有效随机散射的定量度量，为理解低压射频等离子体随机电子加热提供统一框架。
2026-07-30 physics.plasm-ph
Electron power absorption dynamics in a low pressure radio frequency driven capacitively coupled discharge in oxygen
我们使用的一维面向对象的粒子在细胞的Monte Carlo碰撞代码oopd1探索的属性和起源的电场和电子功率吸收等离子体散装内的电容耦合氧气放电操作在10和100毫托的间隙距离为45毫米。考虑玻尔兹曼方程的矩量，研究了三个不同时间片上的电场特性以及时间平均的电场特性。在这些操作压力下，电子功率吸收明显不同。在不同的时间步长的电场的最相关的贡献来自压力项，双极和电子温度梯度项，以及欧姆项。这同样适用于电子功率吸收。在10和100 mTorr下，对电子功率吸收的相对欧姆贡献保持大致相同，而双极项对功率吸收有贡献，温度梯度项对100 mTorr下的电子冷却有贡献，而相反的情况在10 mTorr下适用。在100 mTorr的放电是弱电负性的，并且电子功率吸收主要是由于鞘层膨胀，而在10 mTorr的放电是强电负性的，并且电子功率吸收主要发生在电负性核心内，并且漂移双极模式占主导地位。计算值和模拟之间的协议是良好的电场和电子功率吸收的等离子体体内，并在塌陷鞘层区域的所有情况下考虑。
2021-02-05 physics.plasm-ph
N2-H2 capacitively coupled radio-frequency discharges at low pressure. Part I. Experimental results: effect of the H2 amount on electrons, positive ions and ammonia formation
N2与H2的混合导致与纯N2和H2等离子体放电非常不同的等离子体。因此，提出了涉及导致氨（NH3）形成的过程的许多问题。这项工作的目的是更好地表征电容耦合射频等离子体放电在N2与H2（高达5%），在低压力（0.3至1毫巴）和低耦合功率（3至13 W）的几倍。实验测量和数值模拟进行。为了清楚起见，我们将结果分为两个互补部分。实际的一个（第一部分），介绍了实验测量的细节，而第二个重点是模拟，一个混合模型结合了2D流体模块和0 D动力学模块。用谐振腔法测量电子密度。它的变化范围为0.4至5e 9 cm-3，对应的电离度为2 e-8至4 e-7。氨密度通过结合IR吸收和质谱进行定量。它随H2的量线性增加（在5%H2时高达3e 13 cm-3）。相反，它是恒定的压力，这表明表面过程的氨的形成占主导地位。正离子通过质谱法测量。含氮离子通过注入H2而被氢化，一旦H2的量大于1%，N2 H+就成为主要离子。压力的增加导致由离子（或自由基）-中性碰撞形成的二次离子（例如：N2 H+、NH 4+、H3+）的增加，而耦合功率的增加有利于由直接电离形成的离子（例如：N2+、NH3+、H2+）。
2021-03-08 physics.plasm-ph
Electron dynamics and SiO2 etching profile evolution in capacitive Ar/CHF3 discharges driven by sawtooth-tailored voltage waveforms
基于一维流体/MC与刻蚀轮廓耦合模型，研究容性耦合Ar/CHF3等离子体中锯齿波形对电子动力学与SiO2刻蚀轮廓演化的影响，发现增加谐波数和优化气体配比可显著提升刻蚀速率。
2024-11-12 physics.plasm-ph
Electron power absorption in capacitively coupled neon-oxygen plasmas: a comparison of experimental and computational results
利用相位分辨光发射谱（PROES）测量和1d 3v粒子-单元/蒙特卡罗碰撞（PIC/MCC）模拟相结合的方法，研究了氖氧混合气体中电容耦合等离子体（CCP）中电子的能量吸收和激发/电离动力学。研究是在间隙长度为2.5 cm的几何对称CCP反应器中进行的，驱动频率为10 MHz，峰-峰电压为350 V。混合气体的压力在15 Pa和500 Pa之间变化，而氖/氧浓度在10%和90%之间调节。对于所有的放电条件下，从Ne基态到Ne $\rm{2p^53p_0}$状态的电子碰撞激发率的时空分布的PROES测量和PIC/MCC模拟得到的显示出良好的定性协议。基于发射/激发模式，识别多个操作机制。在高压和高O $_2$浓度下，由电负性的局部最大值引起的体边界处的局部明亮发射特征被发现。双极和欧姆电子功率吸收的相对贡献被发现强烈地随放电参数而变化：欧姆功率吸收被增强，在高压下的高碰撞性和在低压下的高电负性。在本研究所涵盖的宽参数范围内，发现PROES测量准确地代表了电离动力学，即，放电操作模式。这项工作也代表了一个成功的实验验证的放电模型开发的双氧CCP。
2022-05-13 physics.plasm-ph
Ionization by bulk heating of electrons in capacitive radio frequency atmospheric pressure microplasmas
采用Particle in Cell模拟和半解析模型研究了氦气中大气压下电容耦合射频微等离子体的电子加热和电离动力学。在RF周期内的不同时间观察到由于高体积电场导致的等离子体体积中的电子和电离的强烈加热。基于该模型，确定了该电场是由大气压下高电子-中性粒子碰撞频率导致的低电导率引起的漂移场。因此，在这种“Ω模式”中，电离主要由欧姆加热引起。驱动电压幅值影响最强体电场和电离的相位。在高振幅下，等离子体密度高，使得鞘层阻抗与体电阻相当。因此，电压和电流约为45 °异相，在鞘膨胀期间观察到最大电离，在鞘边缘处具有局部最大值。在低驱动电压下，等离子体密度低并且放电变得更具电阻性，导致约4 °的较小相移。因此，最大电离发生在RF周期内的后期，在放电中心具有最大值。显着的类比电负性低压宏观放电中的漂移双极模式下工作，其中类似的机制引起的高电负性，而不是高碰撞频率已被确定。
2013-05-31 physics.plasm-ph
Self-bias voltage formation and charged particle dynamics in multi-frequency capacitively coupled plasmas
本研究通过粒子模拟与理论模型结合，探究多频容性耦合等离子体中电极表面特性对放电不对称性及直流自偏压形成的影响，明确了电子反射与二次电子的不同作用规律。
2021-05-05 physics.plasm-ph
The effect of the driving frequency on the confinement of beam electrons and plasma density in low pressure capacitive discharges
采用Particle in Cell/Monte Carlo碰撞模拟和解析模型，研究了在几Pa的低压下工作的电容式射频氩等离子体中，改变驱动频率对等离子体密度和电子动力学的影响。与先前的假设相反，在这种非局部无碰撞的情况下，等离子体密度不遵循对驱动频率的二次依赖。相反，观察到在不同的驱动频率下的阶梯状增加。基于分析的功率平衡模型，结合电子动力学的详细分析，密度跳跃被发现是由电子加热模式从经典的$α$模式转变成低密度谐振加热模式，其特征在于在每个电极每个鞘层膨胀阶段产生两个高能电子束。这些电子束在没有碰撞的情况下通过主体传播，并与相对的鞘层相互作用。在低密度模式中，发现第二束在其塌陷期间撞击相对鞘。因此，大量的高能电子在电极处损失，导致与在较高驱动频率下观察到的经典$α$模式相比，束电子的约束较差。基于分析模型，这种调制的约束质量和相关的调制的能量损失的每电子在电极上被证明是导致等离子体密度的阶梯状变化。根据模拟结果分析了电极间隙、中性气体压力、电极的电子粘附系数和次级电子发射系数的变化对等离子体密度阶梯状增加的影响。
2015-01-29 physics.plasm-ph
Influence of acoustic waves on Radiation Spectra of Argon Gas-discharge Plasma
结果表明，在一定的制度下的相互作用的声波与低温，部分电离等离子体，它是可能改变的强度的一些谱线的氩原子。还表明，这些谱线的强度对声波强度的依赖性具有滞后行为。
2002-07-03 physics.plasm-ph
A Nonlinear Two-Sheath Circuit Model for Low-Pressure Symmetric and Asymmetric Capacitively Coupled Radio-Frequency Plasmas
Ruhr University Bochum（鲁尔大学波鸿分校）
本文提出非线性双鞘层电路模型，统一描述对称与不对称低压电容耦合射频等离子体，揭示不对称性增强谐波与串联共振振荡的机理。
2026-10-02 physics.plasm-ph
Sheath electron heating in surface wave discharges driven at microwave frequencies
本文通过全电磁粒子模拟/蒙特卡罗模拟，证明微波频率表面波放电中电子加热主要由运动鞘层相互作用主导，而非等离子体共振，并产生高能电子束。
2025-06-04 physics.plasm-ph
Electron heating via the self-excited plasma series resonance in geometrically symmetric multi-frequency capacitive plasmas
等离子体串联共振（PSR）振荡的自激发在电容耦合射频（CCRF）等离子体中电子加热动力学中起着重要作用。采用PIC/MCC模拟和基于等效电路的理论模型相结合的方法，研究了在多个连续谐波驱动下几何对称CCRF等离子体中PSR振荡的自激发及其对电子加热的影响.放电对称性通过电不对称效应来控制，即通过改变谐波的总数并调节它们之间的相移。它表明，PSR振荡将在对称和不对称的条件下，如果（i）的电荷-电压关系的等离子体鞘层偏离一个简单的二次行为，如果（ii）的电感等离子体体块表现出时间调制。这两种效应被忽略了到现在为止，但我们表明，它们必须包括在模型中，以正确地描述非线性串联谐振电路和重现PSR振荡，这是观察到的电子电流密度从几何对称CCRF等离子体模拟的自激。此外，PSR自激对放电电流和等离子体特性，如电位分布的影响，说明通过应用傅立叶分析。在整个频谱中的高频振荡的应用频率和本地电子等离子体频率之间的观察。因此，电子加热强烈增强PSR振荡的存在。
2016-02-11 physics.plasm-ph
Propagation characteristics of dust$-$acoustic waves in presence of a floating cylindrical object in the DC discharge plasma
研究了$-$自激尘埃声波的实验观测及其在有、无漂浮圆柱体时的传播特性。实验是在直流辉光放电尘埃等离子体中进行的。尘埃粒子悬浮在等离子体与阴极鞘层的界面处。在尘埃介质中自发激发的DAW，并发现在较低的压力下，在阈值放电电流以上的离子漂移的方向（沿重力）传播。这种低频波的激发是尘埃云中离子-尘埃流不稳定性的结果。当存在一个半径大于尘埃德拜长度的漂浮圆柱体时，传播的尘埃声波的特性得到了改变。而不是在垂直方向上传播，发现在存在的浮动对象（保持垂直或水平）的DW斜向传播。此外，水平排列的漂浮物在鞘层区域的锥形尘埃云中形成波浪结构。的变化的传播特性的DAWs解释的基础上修改的电位（或电场）分布，这是一个后果的耦合鞘周围的圆柱形物体和阴极。
2016-05-03 physics.plasm-ph
The ion acoustic instability of the rotating cylindrical helicon discharge plasma
考虑圆柱形几何形状以及螺旋波和等离子体的径向不均匀性，建立了由圆柱对称（方位角模数m=0）螺旋波产生的圆柱形等离子体的动力学理论。该理论揭示了由螺旋电场的径向不均匀性引起的具有径向不均匀角速度的电子的方位角稳定旋转的宏观效应。结果表明，这种剪切旋转以及电子密度和温度的不均匀性是导致非均匀圆柱形等离子体高频离子声不稳定性的主要原因。这种不稳定性在空间上局限于螺旋波电场和等离子体密度的强梯度的区域中，其中它比由螺旋波中的电子相对于离子的振荡运动驱动的参数不稳定性更强。
2022-02-06 physics.plasm-ph
On the Role of Metastable States in Low Pressure Oxygen Discharges
我们使用一维面向对象的粒子在细胞的蒙特卡罗碰撞代码{ \tt oopd 1}，探讨在10 - 200 mTorr的压力范围内的电容耦合氧放电中的电子加热机制的时空演变。在鞘层膨胀阶段，电子加热在鞘层附近最为显著。我们探讨了如何包括和排除由单重态亚稳态O $_2$（a $^1 Δ_{\rm g}$）和O $_2$（b $^1Σ_{\rm g}^+$）的脱离影响的加热机制，有效电子温度和电负性，在氧放电。我们证明，分离过程有一个显着的影响放电性能，特别是对于较高的压力。在10 mTorr时，时间平均的电子加热主要表现为等离子体块体（电负性核心）中的欧姆加热，并且在更高的压力下，等离子体块体中没有欧姆加热，即鞘层区域中的电子加热占主导地位。
2016-12-15 physics.plasm-ph
Electron power absorption in low pressure capacitively coupled electronegative oxygen radio frequency plasmas
对从电场到电子的能量传递机制的透彻理解对于优化和控制不同的等离子体源和工艺是至关重要的。这种机制，称为电子功率吸收，涉及复杂的电子动力学在电负性电容耦合等离子体（CCP）在低压下，仍然没有完全理解。因此，我们提出了一个时空分辨分析的电子功率吸收在低压氧CCP的基础上的动量平衡方程从玻尔兹曼方程。数据来自1d 3v Particle-In-Cell / Monte Carlo碰撞模拟。与传统的理论模型，预测“随机/无碰撞加热”是重要的，在低压下，我们观察到的欧姆功率吸收的优势。此外，由于强电负性以及放电中正电边缘区域的存在，低压下双极功率吸收会衰减，这导致射频周期内电子温度的高度时间对称性。
2019-11-06 physics.plasm-ph
Carbon nanoparticles in the acoustic field in the vicinity of the arc discharge
本文认为，在惰性气体中的烟尘微粒和纳米粒子的悬浮液的影响，导致相对较大的烟尘颗粒的凝聚，并导致生产的纳米粒子的效率的提高，如在实验中已经观察到的。分析了颗粒电荷对混凝可能性的影响。
2015-12-29 cond-mat.soft physics.plasm-ph
Electron dynamics in planar radio frequency magnetron plasmas: III. Comparison of experimental investigations of power absorption dynamics to simulation results
本文利用相位分辨光发射光谱并结合二维PIC模拟，研究低压氩气电容耦合射频放电中类磁控管磁场下的电子功率吸收动力学。
2022-11-10 physics.plasm-ph
Development of Volume Produced Negative Ion Source using a CCRF Discharge
本研究研制了由13.56 MHz推挽式CCRF驱动的环形平行板体产生负离子源，验证了其等离子体参数调控优势，明确了推挽配置的电势维持效果与磁场的负离子增产作用，并给出实验结果的合理解释。
2024-06-19 physics.plasm-ph
Experimental validation of particle-in-cell/Monte Carlo collisions simulations in low-pressure neon capacitively coupled plasmas
本研究通过微波截止探针和相位分辨发射光谱，对13.56 MHz氖气容性耦合射频等离子体的1d3v粒子模拟/蒙特卡罗碰撞模型进行了实验验证，发现采用0.3的恒定有效重粒子诱导二次电子发射系数与真实电子-表面相互作用模型，模拟结果与实验数据定量吻合。
2023-07-27 physics.plasm-ph
