Breakdown modes of capacitively coupled plasma I: transitions from glow discharge to multipactor
本文利用一维PIC/MCC模拟研究60 MHz氩气容性放电，发现辉光放电与异常多级电子倍增之间的过渡模式，并揭示其由高二次电子发射系数和高频维持的机制。
2023-12-05 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
Simulations of electromagnetic effects in high frequency capacitively coupled discharges using the Darwin approximation
研究了达尔文近似在大尺寸高频电容耦合放电电磁效应模拟中的可能应用。近似是利用两种不同的流体模型，这是适用于典型的情况下，表现出明显的驻波和集肤效应的框架内。与第一个模型，它表明，达尔文近似是有效的，在所考虑的参数范围内的治疗等影响。第二种方法，减少非线性达尔文近似为基础的模型，表明电磁现象坚持在一个更现实的设置。达尔文近似提供了一种简单而有效的方式进行电磁模拟，因为它消除了显式电磁算法中的柯朗条件，并且可以作为静电算法的直接修改来实现。这里描述的算法避免了发散清洗所需的迭代方案，并代表了一种快速有效的求解器，它可以用于流体和动力学模型中，用于表现出一定电磁活动的技术等离子体的自洽描述。
2012-11-09 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
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
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
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
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
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
Electromagnetic Effects in Capacitively Coupled Plasmas
根据等离子体处理工业对增加产量的要求，已经提出了具有由甚高频源驱动的大面积电极的电容耦合等离子体反应器。然而，这种在内部具有等离子体的反应器支持可能负面影响离子通量的均匀性或撞击在基板上的离子的平均能量的模式，这是工业的基本要求。它示出当流行的静电近似用于描述的领域在电容耦合等离子体（CCP）打破，当这些模式必须处理电磁。讨论了模式对CCP放电基本参数的影响。提出了几种避免激发模式导致不希望的非均匀性的方法。几个实验研究等离子体放电的结果进行了简要回顾。
2015-10-10 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
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
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
On the Ohmic-dominant heating mode of capacitively-coupled plasma inverted by boundary electron emission
边界电子发射是电容耦合等离子体中普遍存在的现象，对放电特性有着不可忽视的影响。在这里，我们提出的PIC-MCC模拟欧姆为主的加热模式的电容耦合等离子体的随机加热消失，只有欧姆加热维持放电，由于鞘层反转的边界电子发射。倒置CCP的特点是没有玻姆预鞘的负鞘电位，因此排除了由于鞘边缘振荡引起的等离子体加热。分析了所提出的加热模式的粒子和能量输运。边界电子发射通量，源电压，和中性压力之间的经典和欧姆占主导地位的CCP加热模式的过渡的影响与指定的模拟扫描。一个修改后的鞘层-等离子体耦合由于过度电离被发现。最后，提出的加热模式在等离子体诊断的关键指标提供了未来的实验验证。
2022-04-14 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 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
A Minimal Self-Consistent Model for the Nonlinear Dynamics of Asymmetric Capacitively Coupled Radio-Frequency Plasmas
Ruhr University Bochum（鲁尔大学波鸿分校）
本文提出一个最小自洽集总模型，耦合射频电路与等离子体平衡，再现非线性谐波与等离子体串联共振，并关联电压、功率和密度变化。
2026-09-09 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
Electron dynamics and particle transport in capacitively coupled Ar/O2 discharges driven by sawtooth up voltage waveforms
本研究通过流体/电子蒙特卡罗模拟，探究锯齿上升电压波形驱动的电容耦合Ar/O2放电中外部参数对电子动力学及粒子输运的影响，发现增加谐波数、降低气压和O2掺混比例可调控电负性与放电模式，并提高基片处O(1D)通量以促进沉积。
2024-11-05 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
Particle-in-cell simulation of a 50~mTorr capacitively coupled argon discharge over a range of frequencies
本研究通过1D-3V PIC模拟探究50 mTorr氩气电容耦合放电中13.56-73 MHz驱动频率对电子能量分布与加热的影响，验证了与实验的一致性，解释了阻抗与负加热机制。
2023-06-08 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Global gyrokinetic analysis of Wendelstein 7-X discharge: unveiling the importance of trapped-electron-mode and electron-temperature-gradient turbulence
本文首次对类 W7-X 仿星器放电进行含动理学电子、平衡径向电场及电磁碰撞效应的非线性径向全局回旋动理学模拟，揭示芯部湍流电子热通量主要由 TEM 和 ETG 驱动，并强调有限电子温度梯度的关键作用。
2024-02-22 physics.plasm-ph
Investigation of the effects of customized electrodes on capacitively coupled radio frequency microplasma jets using emission spectroscopy and laser diagnostics
这项工作的目的是调查定制电极的COST喷气电子加热动力学的影响。COST-Jet在13.56 MHz的正弦交流电压下工作。借助相位分辨光发射光谱（PROES），研究了在等离子体放电过程中，电极、混合气体和外加电压幅值对电子加热动力学的影响。然后使用双光子激光诱导荧光光谱（TALIF）检查原子氧的绝对密度，以获得关于取决于不同电极材料和结构的反应性颗粒的产生的信息。
2021-03-28 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
Modeling of very high frequency large-electrode capacitively coupled plasmas with a fully electromagnetic particle-in-cell code
本研究利用新颖的能量和电荷守隐式全电磁粒子模拟/蒙特卡洛代码 ECCOPIC2M，数值研究了甚高频大电极容性耦合等离子体现象，验证了其在不同碰撞率和吸收功率下的准确性，并证明了粒子模拟方法在预测性建模中优于其他模型的复杂物理再现能力。
2022-12-27 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
Ion energy and angular distributions in low-pressure capacitive oxygen RF discharges driven by tailored voltage waveforms
我们调查的能量和角分布的离子到达电极在低压，电容耦合氧气射频放电。这些分布，以及独立控制的离子通量和离子能量的可能性进行了分析，为不同类型的激励：单和经典的双频，以及山谷和锯齿型波形。这些研究是基于动力学，基于粒子的模拟，揭示了这些放电的物理细节。条件涵盖弱碰撞高度碰撞域的离子传输通过电极鞘。分析模型也适用于了解的能量和角分布函数的功能。
2018-09-18 physics.plasm-ph
Electric field filamentation and higher harmonic generation in a very high frequency capacitive discharges
利用自洽粒子模拟程序研究了放电电压对对称、无碰撞、甚高频、电容耦合等离子体中电场瞬态的形成和性质的影响。在60 MHz的驱动频率和5 mTorr的氩气压力下，对于固定的放电间隙，放电电压从10 V变化到150 V。据观察，在放电电压的增加会导致在电场瞬变和创建多个高次谐波中的散装等离子体的delicentation。相应地，还观察到放电电流中的高次谐波，高达7次谐波。高次谐波中的功率随着放电电压的升高而增加。等离子体密度随放电电压的增加呈非线性增加，而体电子温度则呈下降趋势。同时，电子能量分布函数（EEDF）的演变从麦克斯韦在较低的放电电压的双麦克斯韦在较高的放电电压。
2019-04-03 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
Dim and bright void regimes in capacitively-coupled RF complex plasmas
我们的实验表明，在电容耦合RF复杂等离子体中的空隙可以存在于两个定性不同的制度。“明亮”的空隙的特征在于与空隙相关的明亮等离子体发射，而“暗淡”的空隙不具有可检测的发射特征。从昏暗到明亮的制度的转变发生与放电功率的增加，并具有不连续的字符。不连续性表现为在空隙尺寸功率依赖性的扭结。我们重现明亮的空隙（机械稳定，由于离子阻力和静电力的平衡）由一个简化的时间平均的一维流体模型。为了重现暗淡的空隙，我们人为地将径向离子扩散包括到离子的连续性方程中，这允许由于非常弱的静电力而机械地稳定空隙边界。空隙边界处的电场发生得如此之小，以至于根据实验观察，它不会引起与空隙相关的发射特征。
2020-10-25 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
Radio-frequency discharges in Oxygen. Part 1: Modeling
在这一系列的三篇论文中，我们提出了从实验和理论相结合的努力，定量描述在氧气中的电容耦合射频放电的结果。本文将介绍理论描述所依据的粒子-单元蒙特卡罗模型。它把空间电荷场和运输过程与最重要的等离子体化学反应同等对待。对于给定的外部电压和压力，该模型确定放电内的电势和电子、带负电荷的原子氧和带正电荷的分子氧的分布函数。以前使用的散射和反应截面数据进行了严格的评估，并在某些情况下修改。为了验证我们的模型，我们比较了大量的放电与实验数据的密度，并找到良好的协议，表明氧气放电的基本方面被捕获。
2007-05-03 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
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
Revisiting the numerical stability/accuracy conditions of explicit PIC/MCC simulations of low-temperature gas discharges
PIC/MCC（Particle-in-Cell with Monte Carlo Collisions）是一种基于粒子的全动力学数值模拟方法，在低温气体放电物理研究领域得到了广泛的应用。已经在其最简单的形式（静电，一维几何，显式时间积分），它可以正确地描述各种复杂的，非本地的，非线性的现象，在电气气体放电在微观水平上的高精度。然而，作为一个数值模式与离散的时间和（部分）空间坐标，其稳定和准确的操作在很大程度上取决于几个模型参数的选择。从四个选定的基本情况下的电容耦合，射频驱动的氩气放电，代表低和中等的压力和电压的情况下，我们讨论了一组模拟参数的变化对等离子体密度分布和电子能量概率函数的影响。模拟参数包括时间和空间分辨率，PIC超粒子权重因子，以及电子反射和离子诱导电子发射系数，表征等离子体表面相互作用。
2022-04-25 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
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
Collisionless Bulk Electron Heating in Resonant Low-Voltage Capacitively Coupled Plasmas
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）；Department of Physics, Indian Institute of Science（印度科学学院物理系）；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科学学院）
研究共振低压电容耦合等离子体中无碰撞功率吸收，发现体电子加热通过共振增强的射频电场、电子在势阱中的振荡及碰撞散射协同作用产生高能电子尾，显著提高电离率。
2026-06-08 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
Decomposition of Methane Diluted with Inert Gas in an RF Discharge Cell
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Princeton University（普林斯顿大学）
本研究探讨射频电容耦合放电中放电结构与产物选择性的耦合关系，发现收缩放电模式可实现99.7%的甲烷分解率，为等离子体辅助甲烷转化提供优化依据。
2025-11-14 physics.plasm-ph
Self-pulsing of Dielectric Barrier Discharges at Low Driving Frequencies
本研究通过耦合一维氩等离子体流体模型与损耗介质等效RC电路，探究低驱动频率下介质阻挡放电的自脉冲特性，明确了pd值、介质特性、驱动频率对放电模式与电流脉冲的影响，发现铁电材料可放大放电电流。
2024-04-16 physics.plasm-ph
Spatial symmetry breaking in single-frequency CCP discharge with transverse magnetic field
对于诸如微电子制造之类的许多工业过程，通常期望对撞击在浸没在等离子体中的物体上的离子的通量和能量进行独立控制。我们证明，这些量的同时控制是可能的，通过适当选择的静态磁场平行于平面电极施加在一个标准的单频电容耦合等离子体装置。我们的粒子在细胞中的模拟表明，鞘层宽度减少60%（提高离子能量的控制）和四倍增加的离子通量在电极上的结果，由于环境磁场的离子和电子动力学的改变。粒子动力学的详细分析，并提出了该装置的最佳操作参数进行了讨论。本技术提供了对常规的基于双频的设备的简单且有吸引力的替代方案，常规的基于双频的设备通常遭受由频率耦合和电磁效应引起的不期望的限制。
2018-07-31 physics.plasm-ph
On the enhanced Balmer emission of hydrogen in helium Capacitively Coupled Radio Frequency (CCRF) plasma
本文通过发射光谱研究He CCRF等离子体中氢巴尔末系发射增强现象，提出He亚稳态与微量水分子间的潘宁电离及后续电子复合是主要机制，并利用碰撞辐射模型和亚稳态密度估算加以验证。
2025-09-19 physics.plasm-ph
Electromechanical Effect in Complex Plasmas
本文给出了在复杂等离子体中观察到的自振荡斑图的实验结果。实验是用氩等离子体，这是微重力条件下使用电容耦合射频放电在低功率和气体压力下产生的。在复杂的等离子体云中观察到的强烈波活动与放电电压和电流的低频调制相关，并且由周期性空隙收缩发起。由波强迫的粒子迁移具有长程排斥和吸引的性质。
2008-09-16 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
High-voltage nanosecond pulses in a low-pressure radiofrequency discharge
实验研究了高压（3-17kV）20ns脉冲对弱电离低压（0.1~10Pa）容性耦合射频（RF）氩等离子体的影响。脉冲后等离子体演化呈现出两种特征区域：亮闪光，发生在脉冲后100 ns内（当放电发射比稳态水平增加2 - 3个数量级时），和暗阶段，持续几百μ s（当放电发射的强度显著下降到稳态水平以下时）。电子密度在闪光期间增加，并且在暗阶段保持非常大。1D3V粒子模拟定性地再现了这两种机制，并允许详细分析潜在的机制。据发现，高电压纳秒脉冲是能够去除的等离子体电子的放电间隙的显着部分，和闪光是气体原子的激发的结果，由残留的电子在不动的散装离子的电场加速触发。由于真空紫外辐射从电极的二次发射起着重要的作用，在这个阶段。在闪光期间产生的高密度等离子体提供对RF场的有效屏蔽（其维持稳态等离子体）。这导致电子冷却，因此，暗相的开始。
2013-02-26 physics.plasm-ph
