平行平板等離子清洗機(jī)的鞘層模型是什么樣子？
文章導(dǎo)讀：等離子清洗機(jī)作為等離子體的反應(yīng)器，尤其是真空（低壓）等離子清洗機(jī)的等離子體鞘層的研究，一直以來(lái)都是重要而活躍方向，特別是可以結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬手段的研究方法等離子體粒子模擬（Particle-in-cell computer modeling）對(duì)該理論的推進(jìn)作用是比較顯著，今天我們通過(guò)簡(jiǎn)化的圖形初步來(lái)了解一下平行平板等離子清洗機(jī)的鞘層模型。
我們都知道，在等離子清洗機(jī)的等離子體與金屬、電介質(zhì)等固體接觸的交界區(qū)域會(huì)形成被稱(chēng)為鞘層（sheath）的空間電荷層（ne≠ni）。通常，鞘層的厚度約為德拜長(zhǎng)度的數(shù)倍。 具體地講，由于電子比離子擴(kuò)散得快，于是容器壁上就會(huì)累積負(fù)電荷。屏蔽這些負(fù)電荷形成的電場(chǎng)，需要在與德拜長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)膮^(qū)域內(nèi)形成正的空間電荷層（正離子鞘層）。
平行平板真空（低壓）等離子清洗機(jī)的等離子體反應(yīng)腔體（真空腔體），用一個(gè)軸對(duì)稱(chēng)的中心饋入頭接地的高頻電源去激發(fā)平行平板電極的等離子體反應(yīng)腔體（真空腔體），如圖1所示
圖1 垂直平行平板電極放電模擬狀態(tài)
圖2 對(duì)此激勵(lì)的高頻輝光放電中相位
相差180°的兩個(gè)相角處的鞘層和電位分布
圖3 激勵(lì)高頻放電的功率密度和電子數(shù)密度分布曲線
平行平板真空（低壓）等離子清洗機(jī)的等離子體反應(yīng)腔體（真空腔體），用一個(gè)軸對(duì)稱(chēng)的中心饋入頭接地的高頻電源去激發(fā)平行平板電極的等離子體反應(yīng)腔體（真空腔體），如圖1所示
圖1 垂直平行平板電極放電模擬狀態(tài)
電位與位置和時(shí)間的關(guān)系曲線圖見(jiàn)圖2所示，黃色線表示相位角θ=0時(shí)的電位分布；而橙色線則對(duì)應(yīng)于相位角θ=π時(shí)的情況。由于真空（低壓）等離子清洗機(jī)的等離子體反應(yīng)腔體（真空腔體）高頻源對(duì)稱(chēng)連接，所產(chǎn)生的等離子體和鞘層也是對(duì)反應(yīng)腔體（真空腔體）中心面呈對(duì)稱(chēng)分布。計(jì)算機(jī)離子體粒子模擬研究表明，這個(gè)時(shí)候，在平板反應(yīng)腔體（真空腔體）的中心存在著準(zhǔn)中性的等離子體，其電場(chǎng)強(qiáng)度相當(dāng)?shù)?；在平行平板腔體（真空腔體）的能量耗散也很低，而在等離子體兩邊的兩個(gè)鞘層內(nèi)，電位和電場(chǎng)為振蕩型。
圖2 對(duì)此激勵(lì)的高頻輝光放電中相位
相差180°的兩個(gè)相角處的鞘層和電位分布
在平行平板腔體（真空腔體）中的得到的功率密度和電子數(shù)密度是對(duì)稱(chēng)分布的，因?yàn)樵谇蕦又须妶?chǎng)很強(qiáng)，因此在這個(gè)區(qū)域中有大量的高頻功率轉(zhuǎn)換到等離子體的電子上。然而電子在x方向上來(lái)回振蕩運(yùn)動(dòng)，把它們?cè)谇蕦又兴@得的速度帶進(jìn)等離子體的內(nèi)部并在那里耗散掉，中心電子數(shù)密度常常是最高的。如果趨膚深度和電子-中性粒子平均自由程不太小，則在鞘層中的電子數(shù)密度相當(dāng)?shù)?。如下圖3所示
圖3 激勵(lì)高頻放電的功率密度和電子數(shù)密度分布曲線
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