Развитие моделей газовых разрядов в постоянных, высокочастотных и сверхвысокочастотных электрических полях (1097865), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Это уравнение позволяет рассчитывать свойства разряда в режимах, типичных для плазмохимических реакторов низкого давления.2. Применено преобразование годографа для решения уравнений гидродинамики с учетом ионизации, что позволило получить распределения плотности заряженных частиц и их скоростей в двух- и трехмерно неоднородной среде. Представление решения полученных уравнений в виде ряда позволило подтвердитькритерий Бома в качестве граничного условия для двух- и трехмерно неоднородных плазм.3.

Впервые построены линейная и нелинейная модели ионизационно-полевойнеустойчивости, связанной с самовозбуждением поверхностной волны, и на их7основе создана теория СВЧ разряда в волноводе, описывающая как его электродинамические свойства, так и формирующиеся в нем нелинейные структуры.4. С помощью построенной модели объяснен гистерезис мощностных характеристик СВЧ разряда низкого давления.5. Впервые экспериментально подтверждено самовозбуждение поверхностной волны в СВЧ разряде низкого давления, поддерживаемого волной типа Н10 вволноводе.6.

Построена модель распространения высокочастотных поверхностных волнвдоль границы плазмы с металлом, учитывающая нелинейность слоя пространственного заряда. В нелинейной постановке получены параметры поверхностныхволн, распространяющихся вдоль слоя пространственного заряда на границеплазмы с металлом, которые иногда существенно модифицируют свойства разряда. Основным механизмом нелинейности поверхностных волн являются осцилляции границ плазмы, обусловленные электрическим полем этих волн, а наиболеесильное изменение дисперсионных характеристик связано с изменением толщиныслоя.

Определены условия распространения поверхностной волны и рассчитаныее дисперсионные характеристики в столкновительной плазме.7. Впервые построена теория распространения плоского фронта ионизации,обусловленного амбиполярной диффузией, в поле СВЧ волны с учѐтом отражения волны от набегающей плазмы. Теория включает оригинальный подход к построению моделей фронта ионизации в многокомпонентной плазме и фронтовионизации в СВЧ разряде на основе уравнения диффузии с нелинейным и нелокальным источником.8. Проведено численное моделирование поперечного разряда постоянного тока в потоке газа.9.

Построена теория разряда, поддерживаемого волной, распространяющейсявдоль поверхности диэлектрической антенны, позволяющая рассчитать пространственное распределение плотности заряженных частиц для заданной мощности ичастоты СВЧ волны.10. Предложен механизм формирования нитевидных структур в СВЧ разрядевысокого давления. Проведено численное моделирование, подтвердившее предложенную модель.Достоверность полученных результатов.

Расчет характеристик разряда проведен как аналитическими, так и численными методами. При проведении численных расчетов использовались различные дополняющие друг друга математические алгоритмы. Полученные результаты сопоставлены с результатами другихгрупп исследователей в России и за рубежом. Проведено сравнение проведенныхрасчетов с экспериментом там, где такие данные существуют. Это позволяет считать полученные результаты полностью обоснованными и достоверными.8Практическая значимость работыПрактическая значимость проведенных исследований разряда обусловленавозможностью использования полученных результатов при конструированииплазмохимических реакторов низкого давления. Предложенные методики являются научной базой для расчета усредненных характеристик разряда в источниках плазмы длянужд микроэлектроники, расчета электродинамических характеристик ВЧ и СВЧ разрядов, управления воздействием ионов на стенки реактора и подложку, оценки однородности процесса в объеме реактора и на поверхности подложки.Модели разряда в свободном пространстве применимы для анализа процессов в плазменной аэродинамике (создание разрядов дляуправления газовыми потоками), инициации химических реакций.Результаты исследований могут быть использованы в следующих организациях:ИОФ РАН, ИВТ РАН, МРТИ РАН, ЦАГИ, Институт механики МГУ, ФТИ РАН, иряде других организаций.Апробация работыРезультаты работы являются итогом более чем 25-летних исследований автора в области физики газового разряда.

Основные результаты работы, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на Международных конференциях по явлениям в ионизованных газах (XVI Duesseldorf, 1983, XVIIBudapest, 1985, XIХ Belgrade, 1989, ХХ Pisa, Italy 1991), Всесоюзных конференции по физике низкотемпературной плазмы, (VII, Ленинград, 1983 г., VIII,Минск, 1991), II Всесоюзном совещании по физике электрического пробоя газов,Тарту, 1984 г. и Всесоюзном семинаре по ВЧ пробою газов, Тарту, 1989 г., IVВсесоюзной конференции "Взаимодействие электромагнитных излучений с плазмой", Ташкент, 1985, Weakly Ionized Gases Workshops (4th, Anaheim, 2001, 9th, Reno, 2006, 10th, Reno, 2007), Workshops on Magneto- Plasma- Aerodynamics in Aerospace Applications. (2nd Moscow, 2000, 3rd Moscow 2001, 6th Moscow, 2005, 7th Moscow 2007), III Всероссийской конференции по физической электронике ФЭ-2003,Махачкала, 2003, Звенигородских конференциях по физике плазмы и УТС, Звенигород, (XXXI, 2004 г., XXXII, 2005 г., XXXIII, 2006 г., XXXIV, 2007 г., XXXV,2008 г.), VI International Workshop Microwave Discharges: Fundamentals and applications, Russia, Zvenigorod, September 11-15, 2006, Ломоносовских чтениях по физике на физическом факультете МГУ (2007), 5-ом Международном симпозиумепо теоретической и прикладной плазмохимии.

Иваново, 5–8 сентября 2008 г. исеминарах в ИОФ РАН, ИНХС РАН, НИИЯФ МГУ, научном семинаре кафедры9физической электроники физического факультета МГУ.Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 статьи в реферируемыхжурналах (из них 23 в журналах из списка ВАК), 1 статья в трудах факультетаВМК МГУ, 14 докладов и 5 расширенных тезисов докладов в трудах Международных конференций, и получен один патент.Личный вклад автора заключается в формулировке рассматриваемых задач, выводе исходных уравнений, проведении аналитических расчетов и математическоммоделировании разряда. Автором разработана методика измерения полей поверхностной волны. Эксперименты по измерению поля и электродинамических характеристик СВЧ разряда в волноводе выполнены при непосредственном участии автора.

Автором выполнено сопоставление данных расчетов с экспериментом,сформулированы и обоснованы выводы диссертации. Вклад соискателя в работы,выполненные в соавторстве, является определяющим.Объем и структура работыДиссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Работа изложена на 398страницах, включая 134 рисунка и одну таблицу.

Список цитируемой литературывключает 439 наименований.II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированацель исследования, показана научная новизна и практическая ценность результатов, изложены основные выносимые на защиту положения, приведены сведенияоб апробации работы и публикациях.Первая глава посвящена исследованию проблем, не решенных классической физикой газового разряда. В §1 рассмотрены результаты классических работпо теории положительного столба разряда. В §2 автором выведено уравнениеx  e ( x) d 2exp ( x  x)  4enexp0i  dx2dx(2e / M )( ( x)   ( x))0  kTe ,(1)  e ( x)  1 x e ( x)    dx exp expkTkTee0 обобщающее уравнение Ленгмюра и Тонкса, учитывая дополнительно перезарядку ионов, и справедливое как в бесстолкновительном и диффузионном режимах,так и в промежуточной области (L ~ ), где до настоящей работы описание отсутствовало.

Развитая на основе этого уравнения теория позволила распространитьна эту область все результаты, полученные ранее в диффузионной модели Шоттки и модели Тонкса-Ленгмюра. Как и в моделях Шоттки и Тонкса–Ленгмюра,собственным значением уравнения является частота ионизации, являющаясяфункцией давления, размера вакуумной камеры и рода газа.

Рассчитанная с ис-10пользованием различных моделей величина частоты ионизации в безразмерныхпеременных приведена на рис. 1 [18].В §3 с помощью решения кинетического уравнения для ионов показано,что аналогичное интегро-дифференциальное уравнение может быть получено и вслучае неполной рекомбинации ионов на поверхности твердого тела, а также приучете упругого рассеяния ионов на нейтралах наряду с перезарядкой.

При этоминтеграл в правой части уравнения (1) заменяется резольвентой интегральногоуравнения Фредгольма для функции распределения ионов. Решение уравнениядля случая, когда хотя бы часть ионов нейтрализуется на стенке, может быть получено методом последовательных приближений. Полученные с помощью (1) илиболее сложных уравнений §3 распределения потенциала позволяют рассчитатьфункцию распределения ионов по энергиям в любой точке положительного столба, включая границу, что важно для расчета воздействия разряда на стенку (§4).Рис.1. Изменение безразмерной частотыионизации, как функции длины свободногопробега ионов в плазме в квазинейтральномприближении. 1 – Расчет с помощью интегро-дифференциального уравнения.

Расчет вгидродинамическом приближении: 2 – режим нормального дрейфа ионов, 3 – режиманомального дрейфа, 4 – учет режимов какнормального (в центре плазмы), так и аномального (вблизи границы) дрейфа, а такжеинерции ионов [18].Рис. 2. Распределение плотности электронов в разряде в цилиндрической разрядной камере [29]. Линии, обрисовывающиеповерхность, представляют собой линиипостоянной скорости (W) и постоянногонаправления скорости (угла ). Отношение частоты столкновений ион-нейтрал кчастоте ионизации равно 10.В следующих рассмотренных автором задачах учитывалась двумерная неоднородность плазмы, что необходимо для оптимизации конструкции плазмохимических реакторов. В §5 методом годографа получены точные решения нелинейных уравнений одножидкостной гидродинамики, учитывающие прямую ионизацию электронным ударом в двух- и трехмерно неоднородном разряде.

Характеристики

Список файлов диссертации