摘要：给出了一种感应耦合等离子体源的设计,用于等离子体中和枪装置。通过实验方法研究等离子体源的电子引出特性,并结合理论分析了等离子体密度随射频功率的变化关系。研究结果表明等离子体源的电子引出特性与放电腔内气压有关联性,E?H模式转换中电子密度的变化与负载的电感值相关。研究成果对等离子体中和枪的发展有重要的参考价值。

摘要：基于感应耦合等离子体的变压器模型,分析了感应耦合等离子体的功率耦合效率与线圈配置(几何尺寸、电学参量)及等离子体基本参量(等离子体电子密度、电子-中性粒子有效碰撞频率)之间的关系;然后,改变平板型线圈的匝数从而改变了线圈的几何尺寸、电学参量,并且测量出了不同的线圈所对应的功率耦合效率.实验结果表明,线圈的电感量是能否实现放电的决定性因素;而功率耦合效率则与感应线圈的Q值、放电参量(气压、功率)等密切相关,射频输入功率的增加、放电气压的上升都会导致感应耦合等离子体耦合效率的提高,这与感应耦合等离子体的变压器模型预测结果是符合的.然而,变压器模型给出的提高线圈Q值可导致耦合效率增强的预测结果仅适用于同等电感量的线圈条件.本文对于单线圈的感应耦合等离子体源的研究为线圈的优化设计甚至大面积的多线圈感应耦合等离子体源研制提供了理论依据.

摘要：基于变压器模型,本文对感应耦合等离子体中线圈产生的空间电场分布、等离子体电阻、电感及功率耦合效率等进行了数值计算.在计算过程中,考虑了低气压等离子体无碰撞随机加热机制的作用.结果表明,同心线圈的感应电场呈中空分布,径向和轴向均呈现很大的不均匀性;功率耦合效率随线圈品质因数Q及耦合系数K的增大而增大.功率耦合效率的理论分析和计算为线圈优化设计提供了依据.

摘要：感应耦合等离子体发生器是"临近空间高速目标等离子体电磁科学实验研究装置"的核心部件之一,常用于模拟高焓高速等离子体鞘套环境,为了研究大功率射频中压下感应耦合等离子体发生器的放电特性,采用数值模拟和实验相结合的方法研究其内部的传热与流动特性.本文基于局域热力学平衡条件,通过湍流场-电磁场-温度场的多场耦合开展了功率为100—400 kW的大尺寸射频中压感应耦合等离子体的数值模拟,并通过光强与光谱实验验证.结果表明:大功率等离子体发生器中的电磁场分布类似于中小型功率等离子体发生器;放电能量耗散主要发生在感应线圈所在的区域;石英管内壁温度在线圈所在处比其他区域较高,等离子体呈环状高温结构;等离子体受温差效应与电磁泵效应影响使得入口处产生回流涡.同时开展相应条件下的放电实验发现氩气放电的轴向图像呈边缘高亮与中心暗的环状结构,并通过光谱诊断系统测量氩等离子体的发射光谱,得到发生器电子温度的空间分布, COMSOL仿真温度结果与放电图像光强、光谱测得电子温度较为符合,验证了采用热力学平衡态条件进行数值模拟结果的有效性.本文数值模拟的结果可用于感应耦合等离子体发生器的优化设计及耐温评估.

摘要：为提高大气感应耦合等离子体射流加工装置的工作稳定性,设计一种依靠单一零件定位各层介质管的分体式炬管,并研究炬管内等离子体的传热与流动特性.利用COMSOL Multiphysics仿真分析发现,等离子体的环形加热和流体淤塞回流现象是导致炬管在使用后出现热损伤和刻蚀损伤的主要原因,选用陶瓷材料作为内管和中层管并调整感应线圈的位置,可有效延长炬管的使用寿命.使用CCD相机实时监控等离子体射流的形态,发现射频功率(Pw)、工作气流量(Q2)、冷却气流量(Q3)与射流的整体长度(L)和半高宽度(W)均呈线性递变关系,Pw、Q2与Q3的值过高或过低都会导致等离子体射流的形态波动增大.实验结果表明:当Pw、Q2与Q3分别设置为900~1 000 W、650 mL·min-1、16 L·min-1时,该分体式炬管可产生稳定性较高的等离子体射流,其L值与W值的波动可分别控制在0.50 mm与0.25 mm内,适用于熔石英等光学表面的加工.

摘要：为了获得用于研究再入飞行器热防护系统的感应耦合等离子体风洞流场数据,基于流场、电磁场和化学场的多场耦合建立了非平衡态感应耦合等离子体数值模型。利用该模型对不同入口质量流率和不同工作压力下的感应耦合等离子体进行了数值模拟,得到了相应工作参数下感应耦合等离子体温度与速度的分布特性。计算结果表明:等离子体中心线上的速度随着入口质量流率的增大而增大,而随着工作压力的增大而减小;同时,等离子体中心线上的温度随着入口质量流率的增大而减小,而随着压力的增大先减小后增大。这些结果可为感应耦合等离子体风洞优化设计及其工业应用提供理论指导。

摘要：设计了一种雷达舱共形的电感耦合等离子体(ICP)发生装置,开展了ICP放电的流体模型研究,获得在高低气压及不同放电功率对ICP的电子密度分布的影响,据此得出与电磁散射相关的介电常数空间分布,在此基础上利用Z变换时域有限差分方法建立了电磁波在ICP中的传播模型,得出了在不同放电条件下ICP对电磁波的宽频段散射参量。同时开展实验,对该模型的结果进行验证。研究表明,气压为10 Pa时,ICP对电磁波的衰减带宽主要为6~8 GHz,平均反射率为-21dB左右。气压为150 Pa时,衰减带宽为13~15 GHz,此时碰撞吸收效果会增强,但由于等离子体轴向体积的压缩导致衰减效果相比于5 Pa下没有明显增强。

摘要：针对电感耦合等离子体(ICP)的放电问题,设计了一种闭式透波腔体构型,建立了ICP的流体力学模型,并利用多物理场仿真平台COMSOL进行三维仿真研究。分析了放电过程中电子密度、电子温度和等离子体电势等典型参数随时间的变化规律,在此基础上改变射频电源的功率、腔体内气压等条件,获得ICP的参数范围以及空间梯度分布。结果表明,放电功率主要影响等离子体参数的数值范围,而气压的改变则对等离子体参数的数值和空间分布都会产生影响。当射频电源功率从100 W增加到300 W时,电子密度峰值从2.54×10^(17) m^(-3)增加到5.68×10^(17) m^(-3),同时反应稳定后加热区感应出的电势和相应的电子温度呈现小幅降低;腔内气压在一定范围内升高会使得电子密度明显增加,气压从10 Pa增加到30 Pa,电子密度从9.12×10^(17) m^(-3)上升到3.62×10^(18) m^(-3),但气压过高会导致等离子体参数分布的均匀性变差。

摘要：基于感应耦合等离子体(ICP)技术设计了一套用于在硅基片上制作形成超浅结的等离子体浸没注入(PIII)系统。该ICP PIII系统工作腔室为圆柱形,采用射频功率源,注入偏压源为一脉冲直流电压源,系统与Langmiur探针相连。探针诊断结果表明,该系统的等离子体离子密度达到1017m-3,离子密度径向均匀性达到3.53%。硼和磷的超低能注入试验的二次离子质谱测试结果表明:掺杂离子注入深度在10nm左右,最浅的注入深度为8.6nm(在注入离子密度为1018cm-3时);注入离子剂量达到了1015cm-2以上;掺杂离子浓度峰值在表面以下;注入陡峭度达到了2.5nm/decade。

摘要：感应耦合等离子体技术以其低气压下产生高密度等离子体的能力及良好的可扩展性成为微细加工中的重要的加工技术之一。本文提出了一种新型的三段式线圈的设计方法 ,对激发电场进行了数值计算。结果表明设计的天线能够在径向和方向角方向上产生均匀性良好的电场 ,耦合效率较高。