Ar微波等离子体放电过程仿真

· 项目背景

微波等离子体或波加热放电在许多工业领域都有应用,如半导体加工、表面处理和有害气体的减少。在等离子体的外部产生电磁波,电磁波可以传播到等离子体中,也可以沿着等离子体表面传播,可以产生和维持放电,并加热等离子体中的电子。微波等离子体由于微波功率的廉价可用性而广受欢迎。

· 仿真方法

本例中针对Ar的微波等离子体放电过程进行数值仿真。主要考虑以下要点。

1、反应机理

本项目中根据相关文献,将Ar放电过程整理为7个反应组成的反应体系,其中电子碰撞反应5个,化学反应2个,主要的离子来源于Ar+。并考虑各种激发态粒子和离子在表面的反应。

2、等离子体流体模型

根据漂移-扩散理论建立电子输运方程、电子能量守恒方程和重粒子输运方程,静电场的计算采用泊松方程。其中电子能量分布函数(EEDF)采用麦克斯韦分布,通过对碰撞截面积分计算相关反应速率。

3、等离子体和电磁波耦合建模

等离子体计算得到的电导率耦合到电磁波中,用于计算电磁场分布。电磁波计算得到的热源耦合到等离子体接口中计算电子能量。在频域中求解安培定律获得电磁场分布。

· 负极预钠化

电子密度

电场模

功率损耗

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