Развитие моделей газовых разрядов в постоянных, высокочастотных и сверхвысокочастотных электрических полях (1097865), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Теория показала следующее.● Периодическая неоднородность ограниченной плазмы разряда в направлении, перпендикулярном вектору напряженности электрического поля при плотностях выше критической приводит к увеличению поглощения падающей волныв плазме и уменьшению отражения волны от плазмы за счет возбуждения поверхностных волн.● При низком давлении газа самовозбуждение поверхностных волн происходит за счет ионизационно-полевой неустойчивости плазмы, сопровождающейсявозникновением периодической модуляции плотности электронов.
Инкрементнеустойчивости по порядку величины близок к частоте ионизации в плазме.● Неустойчивость стабилизируется при определенной амплитуде поверхностной волны вследствие выхода разряда из резонанса из-за изменения усредненной плотности электронов в разряде.● Развитие неустойчивости приводит к увеличению доли энергии, поглощаемой в разряде и уменьшению минимальной мощности поддержания разряда.Зависимость характеристик разряда от подводимой мощности в режиме с неустойчивостью становится неоднозначной.● Данный эффект может иметь место в любом разряде, размер которогопревышает половину длины какого-либо типа электромагнитной волны, распространяющейся в газоразрядной плазме, и должен быть учтен при разработкеплазмохимических реакторов нового поколения, отличающихся большим размером плазмы.● С помощью предложенной модели объяснен наблюдаемый в эксперименте гистерезис мощностных характеристик и формирование пространственныхструктур в СВЧ разряде низкого давления.
Сопоставление экспериментальных ирасчетных характеристик разряда показало их удовлетворительное согласие.3. Экспериментально подтверждено возбуждение поверхностной волны вСВЧ разряде при формировании неоднородной пространственной структуры вусловиях, предсказываемых теорией.4. Построена теория распространения поверхностных волн вдоль границыплазмы с металлом при наличии на границе слоя пространственного заряда. Дан-33ная задача актуальна для управления энергией ионов в плазменных реакторах длятехнологий наноэлектроники.
Рассчитаны линейные дисперсионные кривые волнс учетом столкновений электронов и нелинейные в бесстолкновительной плазме.Теория привела к следующим результатам.● В столкновительной плазме существует область параметров, при которыхволна не распространяется и, следовательно, эффективное управление энергиейионов невозможно. Для перехода в рабочую область необходимо увеличениеплотности электронов.● Основным механизмом нелинейности этих поверхностных волн являются осцилляции границ плазмы, обусловленные электрическим полем этих волн, анаиболее сильное изменение дисперсионных характеристик связано с изменениемтолщины слоя.● Поверхностные волны, распространяющиеся вдоль слоя пространственного заряда на границе плазмы с металлом, могут использоваться для управленияэнергией ионов, бомбардирующих подложку, и существенно влияют на свойстваразряда.● В пределе малых размеров электрода и плазмы из полученной моделиследуют известные и проверенные в эксперименте результаты для импеданса емкостного СВЧ разряда низкого давления.● Хорошо известный геометрический резонанс плазма-слой пространственного заряда в сосредоточенных системах является предельным случаем резонанса в распределенных системах связанных с распространением поверхностныхволн в условиях, когда глубина проникновения поверхностной волны в плазмупорядка межэлектродного расстояния.5.
Разработана теория распространения плоского фронта ионизации в поле СВЧволны, обусловленного диффузией, с учѐтом отражения волны от набегающей плазмы.Эта задача расширяет задачу о формировании газового разряда в замкнутом объеме на случай трансляционно-инвариантной среды.
Получены следующие результаты.● Скорость распространения волны ионизации зависит от коэффициентаотражения волны от плазмы и определяется соотношением между характернымразмером фронта и длиной волны в вакууме.● Сравнение результатов расчета с экспериментом показало, что распространение разряда в волноводе в области давлений 0.1– 10 Тор может быть количественно объяснено диффузионным механизмом.6.
Рассмотрена задача о формировании нитевидной структуры разряда высокого давления. Предложена модель формирования сверхвысокочастотногостримера, основанная на электростатическом усилении СВЧ поля вблизи области,где поле перпендикулярно поверхности плазмы. Данная модель подтверждена ре-34зультатами численного моделирования.
Анализ экспериментальных и теоретических результатов других авторов подтвердил предложенный автором механизмформирования плазменной нити как основной, несмотря на сложность наблюдаемых явлений (возможность развития перегревной неустойчивости, генерацииударных волн, нарушения электростатического приближения при длинах нити,приближающейся к половине длины волны, возможности других механизмовраспространения разряда).7.
На основе представления о фронте ионизации как одной из форм разрядав свободном пространстве разработана физическая модель процессов в поперечном разряде постоянного тока в потоке газа. Модель правильно описывает переход от обычного разряда к разряду в виде двух плазменных следов, а затем к импульсно-периодическому разряду по мере увеличения скорости потока.8. Разработана самосогласованная нелинейная теория стационарного СВЧразряда, поддерживаемого волной, распространяющейся вдоль поверхности диэлектрической антенны, позволяющая рассчитать пространственное распределение плотности заряженных частиц для заданной мощности и частоты СВЧ волны.Модель позволяет рассчитать пространственное распределение плотностей заряженных частиц в окрестности антенны, продольный и поперечный размер разряда, определяемые соответственно поглощением поверхностной волны в плазме иэлектронной теплопроводностью.
Сравнение результатов теории с экспериментомпоказало их качественное согласие.Основные результаты представлены в следующих работах:1.Булкин П.С., Двинин С.А., Солнцев Г.С. Поглощение СВЧ волны при резонансном нагреве плазмы с высокой концентрацией электронов внутри волновода. // Вестник Московского университета. Сер. III, Физика, Астрономия. 1982. Т.23.
№6. С. 84-87.2.Двинин С.А., Довженко В.А., Солнцев Г.С. Ионизационная неустойчивостьплазмы, связанная с поверхностной волной и ее влияние на структуру стационарного СВЧ разряда. // Физика плазмы. 1982. Т. 8. Вып. 6. С. 1228-1235.3.Dvinin S.A., Solntzev G.S. On the theory of stationary nonuniform UHF discharge into waveguide. // XVI International Conference on Phenomena in IonizedGases, Contributed papers. Dusseldorf.
1983. V. 5. P. 752-753.4.Двинин С.А., Довженко В.А., Солнцев Г.С. Об изменении энергетическиххарактеристик СВЧ разряда при развитии ионизационной неустойчивости на поверхностной волне. // Физика плазмы. 1983. Т. 9. Вып. 5. С. 1058-1067.5.Двинин С.А., Постников С.А., Солнцев Г.С., Цветкова Л.И. О самовозбуждении стоячей поверхностной волны в стационарном СВЧ разряде в волноводе иее влиянии на свойства разряда.
// Физика плазмы. 1983. Т. 9. Вып. 6. С. 1297-351302.6.Двинин С.А. О механизме формирования нитевидной структуры СВЧ разряда высокого давления. // Вестник Московского университета. Сер. III, Физика,Астрономия. 1985. Т. 26. №6. С. 30-33.7.Булкин П.С., Двинин С.А., Солнцев Г.С., Шкрадюк И.Э. Об измерении параметров импульсного СВЧ разряда в волноводе методом проводимости. // Вестник Московского университета.
Сер. III, Физика, Астрономия. 1986. Т. 27. №5. С.15-21.8.Двинин С.А., Довженко В.А. Диффузионное распространение фронта ионизации в поле СВЧ волны. // Физика плазмы. 1988. Т. 14. Вып.1. С. 66-76.9.Dvinin S.A., Kuzovnikov A.A. Plane ionization waves caused by diffusion inhigh frequency fields. // XVII International Conference on Phenomena in Ionized Gases. Contributed papers. Belgrade.
10-14 July 1989. P. 818-819.10.Gildenburg V.B., Guschin I.S., Dvinin S.A., Kim A.V. Dynamics of high frequency streamer. // XVII International Conference on Phenomena in Ionized Gases.Contributed papers. Belgrade. 10-14 July 1989. P. 900-901.11.Гильденбург В.Б., Гущин И.С., Двинин С.А., Ким А.В. Динамика высокочастотного стримера. // ЖЭТФ.
1990. Т. 96. Вып. 4. С. 1151-1158.12.Гущин И.С., Двинин С.А. Численное моделирование развития разряда ввысокочастотном квазистатическом поле. // Труды факультета вычислительнойматематики и кибернетики МГУ. Методы математического моделирования и вычислительной диагностики. М.: Изд-во МГУ. 1990. С. 275-281.13.Guschin I.S., Dvinin S.A. Discharge simulation in a high-frequency quasistaticfield. // Computational Mathematics and Modeling. 1992.
V. 3. N3. P. 339–345.14.Dvinin S.A., Ponomarev A.V., Ovsyannikov S.V. On the theory of curve ionization fronts in high frequency fields. // XVII International Conference on Phenomena inIonized Gases. Contributed papers. Pisa. Italy 6-11 July 1991. V.5 P. 2067-2068.15.Гильденбург В.Б., Гущин И.С., Двинин С.А., Ким А.В.
Динамика высокочастотного стримера. // В сб. "Нелинейные волны", Физика и Астрофизика. М.:"Наука", 1993. С. 118-125.16.Вологиров А.Г., Двинин С.А., Слепцов В.В. Способ создания однороднойплазмы с рабочей зоной большой площади на основе разряда в ВЧ-СВЧ диапазонах и устройство для его осуществления (варианты).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
