基于PIC-MCC的微等離子體模型數(shù)據(jù)仿真.pdf

1、微等離子體放電特性，近年來(lái)受到國(guó)際上的廣泛關(guān)注。由于放電空間尺寸很小，放電氣體的壓強(qiáng)接近大氣壓，微等離子體器件表現(xiàn)出不同于常規(guī)等離子體放電器件的特性。近年來(lái)作為一種新型放電發(fā)光器件受到國(guó)際上的廣泛關(guān)注。然而，由于工藝條件的限制，微等離子器件的尺寸無(wú)法任意改變，同時(shí)在制作過(guò)程中的諸多因素都會(huì)影響到器件的一致性。為了深入了解器件放電過(guò)程中的細(xì)節(jié)，節(jié)省器件制作時(shí)間和排除器件制作的影響因素，因此數(shù)值仿真將發(fā)揮重要的作用。設(shè)定初始的放電介質(zhì)條件下

2、，研究不同外界加載電壓、不同氣壓的改變，對(duì)放電介質(zhì)內(nèi)微等離子體的特性。使用到了UNIPIC放電系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，放電過(guò)程的傳統(tǒng)形式，以及它所具有的特點(diǎn)。以及微等離子體放電使用的PIC-MCC碰撞模型。
　　本研究發(fā)現(xiàn)：基于PIC-MCC的粒子模型，在350Torr大氣壓環(huán)境下，在不同的外界電壓環(huán)境下，電子密度隨著時(shí)間的變化，是先增加后減少的。在放電介質(zhì)內(nèi)，電子密度最大值隨著電壓的增加，出現(xiàn)的時(shí)間越來(lái)越快，產(chǎn)生的電子

3、密度越來(lái)越大。但是在400V之后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期，電子密度最大值出現(xiàn)的時(shí)間，不在變化，但是電子密度的數(shù)值越來(lái)越大，斜率能夠達(dá)到360.19，變化趨勢(shì)比較快。電子密度的變化，實(shí)質(zhì)代表的是電流的變化。在整個(gè)電子密度隨時(shí)間的變化過(guò)程中，可以看出在整個(gè)放電模擬過(guò)程中，存在著兩次放電。在350Torr的大氣壓環(huán)境下，外界電壓在240V是沒有二次放電的。在其他電壓下，出現(xiàn)的臺(tái)階平緩處是為二次放電做準(zhǔn)備的。隨著電壓的增加，準(zhǔn)備的時(shí)間在縮短，當(dāng)

4、達(dá)到400V是，趨于10ns，不會(huì)隨著電壓的增加而改變。在微等離子體的電子密度變化研究中，發(fā)現(xiàn)在放電介質(zhì)內(nèi)部，電子密度峰值時(shí)刻的分布情況。電子密度在放電介質(zhì)中，電子密度的分布情況是，從陽(yáng)極到陰極是先增加后減少的。在放電介質(zhì)內(nèi)部所占得面積，越來(lái)越大。在陽(yáng)極附近，電子密度明顯減少。在不同氣壓、不同電壓下，水平電場(chǎng)E1、垂直電場(chǎng)E2初始值都不是0。垂直電場(chǎng)E2的變化范圍明顯要比水平電場(chǎng)E1大。隨著加載電壓的增加，水平電場(chǎng)E1、垂直電場(chǎng)E2電場(chǎng)

5、開始變化的時(shí)間都趨于10ns;最大值出現(xiàn)的時(shí)間都趨于20ns。電場(chǎng)數(shù)值是不隨著氣壓的增加而增加，只會(huì)隨著外界電壓的增加而增加。電場(chǎng)出現(xiàn)的時(shí)間與最大值出現(xiàn)時(shí)間，隨著氣壓的增加而縮小的。電子密度最大值隨氣壓的增加而增長(zhǎng)。在改變大氣壓環(huán)境下，500Torr與760Torr環(huán)境下，最大值出現(xiàn)的時(shí)間，是先增加后減少的;在350Torr與1100Torr環(huán)境下，最大值出現(xiàn)的時(shí)間越來(lái)越快。離子密度最大值隨氣壓增加也是發(fā)生變化的。當(dāng)外界電壓小于360V

6、之后，350Torr環(huán)境下離子密度的最大值是最大的;當(dāng)外界電壓大于360V之后，隨著氣壓的增加離子密度最大值，也隨著增加。在不同氣壓、不同電壓下，水平電流I1、垂直電流I2出現(xiàn)的時(shí)間都是在1100Torr環(huán)境下最早的，最終時(shí)間趨于10ns。在微等離子體放電過(guò)程中，隨著電壓的增加，電子密度、離子密度、電場(chǎng)強(qiáng)度、電流大小的出現(xiàn)時(shí)間與對(duì)應(yīng)的數(shù)值都是先增加后減少的。但是氣壓在放電過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生類似變化，水平電場(chǎng)與垂直電場(chǎng)的大小不隨著氣壓的增加而