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电非对称双频容性耦合CF_4/Ar放电电极间距对放电模式和刻蚀剖面的影响

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物理学报 2021年第9期70卷 169-178页

作者：董婉徐海文戴忠玲宋远红王友年大连理工大学物理学院三束材料改性教育部重点实验室大连116024

容性耦合等离子体技术广泛应用在半导体工业、生物医药、环境等领域,是不可替代的核心处理技术.基于电非对称双频源驱动的容性耦合等离子体因其可以实现离子能量和离子通量的相对独立调控而一直被寄予厚望.本文采用一维流体耦合蒙特卡... 详细信息

容性耦合等离子体技术广泛应用在半导体工业、生物医药、环境等领域,是不可替代的核心处理技术.基于电非对称双频源驱动的容性耦合等离子体因其可以实现离子能量和离子通量的相对独立调控而一直被寄予厚望.本文采用一维流体耦合蒙特卡罗模型和刻蚀槽模型,对基于电非对称效应的双频容性耦合CF_4/Ar混合气体放电进行了模拟研究.研究表明,随着电极间距的增大,自偏压的绝对值和电负性均减小.此外,由于放电区域变大但边界损失保持不变,会导致外部馈入功率显著增加和等离子体密度增大.本文采用CF_4/Ar混合气体,其中Ar含量很高,气体电负性不是很高,因此放电模式在不同的电极间距下都是a模式和双极扩散模式的共同作用.在电极间距逐渐变大的过程中,因为自偏压的变化导致离子能量分布中最大离子能量减小并且离子能量展宽变窄,功率极板处离子通量的变化不明显,中性基团通量的增大十分显著,这些变化最终导致相同时间内的刻蚀速率和形貌发生改变.所以,在未来研究中,不仅离子能量和通量的独立控制,优化离子通量和中性基团通量的协同作用达到调节刻蚀速率、改善刻蚀形貌同样是重要研究内容.

关键词：电非对称效应离子和中性基团的协同作用电极间距放电模式

旋转滑动弧放电等离子体滑动放电模式的实验研究

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物理学报 2020年第19期69卷 151-162页

作者：雷健平何立明陈一陈高成赵兵兵赵志宇张华磊邓俊费力中国人民解放军空军工程大学航空工程学院西安710038 中国人民解放军空军航空大学航空作战勤务学院长春130022

交流旋转滑动弧放电能够在大气压下产生大面积、高活性的非平衡等离子体.为了研究交流旋转滑动弧的滑动放电模式、放电特性及光谱特性,本文采用高速相机与示波器同步采集旋转滑动弧的放电图像和电信号,采用光谱仪采集光谱信号,分析旋转... 详细信息

交流旋转滑动弧放电能够在大气压下产生大面积、高活性的非平衡等离子体.为了研究交流旋转滑动弧的滑动放电模式、放电特性及光谱特性,本文采用高速相机与示波器同步采集旋转滑动弧的放电图像和电信号,采用光谱仪采集光谱信号,分析旋转滑动弧运动过程中电弧的动态行为、电信号及光谱信号特征.实验结果表明,旋转滑动弧放电过程中存在两种不同的滑动放电模式,即伴随击穿滑动放电模式(B-G模式)与稳定滑动放电模式(A-G模式).其中B-G模式以电弧旋转滑动过程中伴随击穿-熄灭-击穿的高频击穿现象为主要特征,而A-G模式以持续稳定的连续电弧滑动为主要特征.本文讨论了工作参数影响滑动弧放电模式、放电特性及光谱特性的工作机制.研究发现,电弧的放电模式和放电特性是激励电压与气体流量共同作用的结果.当气体流量较大、激励电压较小时,滑动弧为B-G模式主导的高频击穿不稳定放电;而当激励电压较大、气体流量较小时,滑动弧则为A-G模式为主导的稳定滑动放电.

关键词：旋转滑动弧放电模式击穿频率击穿电流

大气压空气中重复频率纳秒脉冲气体放电模式研究

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强激光与粒子束 2014年第4期26卷 197-203页

作者：章程顾建伟邵涛马浩严萍杨文晋中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100039 电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 西安710049

利用上升沿100ns、脉宽150ns的单级磁压缩纳秒脉冲电源,通过电压电流测量和放电图像拍摄实验,研究了大气压空气中极不均匀电场结构重复频率纳秒脉冲气体放电的放电模式。结果表明纳秒脉冲气体放电存在三种典型的放电模式:电晕放电、弥... 详细信息

利用上升沿100ns、脉宽150ns的单级磁压缩纳秒脉冲电源,通过电压电流测量和放电图像拍摄实验,研究了大气压空气中极不均匀电场结构重复频率纳秒脉冲气体放电的放电模式。结果表明纳秒脉冲气体放电存在三种典型的放电模式:电晕放电、弥散放电和火花放电。施加的脉冲电压幅值对放电模式影响显著,随着电压幅值的增加,放电依次经历电晕、弥散和火花放电。固定电压幅值时,放电可能同时存在两种模式。重复频率加强了放电强度,弥散放电的激发电压随重复频率的增加变化不大,但火花放电的激发电压随着重复频率的增加而降低。因此降低重复频率有利于在较大电压范围获得大气压空气弥散放电。

关键词：纳秒脉冲大气压空气放电模式弥散放电重复频率

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大气压Ar射频容性放电模式转变的温度表征

物理学报 2011年第2期60卷 452-459页

作者：郭卿超张家良刘莉莹王德真大连理工大学物理与光电工程学院大连116024

在大气压条件下Ar气流中实现了容性射频放电α和γ两种模式及其转变与共存.由于放电处于开放大气环境中,放电发射光谱中清晰地存在N2C3Πu→Β3Πg跃迁产生的第二正带和OH自由基Α2Σ→Χ2Π跃迁的(0,0)带光谱.为了获得放电区域的宏观温... 详细信息

在大气压条件下Ar气流中实现了容性射频放电α和γ两种模式及其转变与共存.由于放电处于开放大气环境中,放电发射光谱中清晰地存在N2C3Πu→Β3Πg跃迁产生的第二正带和OH自由基Α2Σ→Χ2Π跃迁的(0,0)带光谱.为了获得放电区域的宏观温度,针对氮的第二正带(0,1),(1,2)两个谱带,自编了拟合程序,用温度拟合方法获得了氮分子的转动温度和振动温度,研究了转动温度随放电功率的变化趋势,得到了温度突变与放电模式转变的相关性.利用Lifbase的发射光谱模拟功能,进行了OH自由基Α2Σ→Χ2Π(0,0)带光谱的模拟,通过与实验光谱对比,得到了与N2光谱拟合结果相符的OH转动温度,以及相似的随放电功率的变化趋势,这说明放电空间内的中性物种达到了热平衡状态.根据放电伏安特性变化,放电模式转变对应的转动温度变化趋势得到确认,并且与放电形态的照片符合.

关键词：大气压等离子体放电模式转动温度

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He二维射流阵列放电模式转换条件实验

电工技术学报 2017年第20期32卷 82-89页

作者：阮陈张波朱颖方志南京工业大学电气工程学院与控制科学学院南京210009

为获得高强度和大面积大气压下等离子体射流,利用类蜂巢状电极结构,在大气压He中获得了两种不同模式的二维射流阵列放电,比较了它们的放电特性,并研究了气流速度、射流单元之间距离和外加电压幅值等参数对射流阵列模式转换的影响。结果... 详细信息

为获得高强度和大面积大气压下等离子体射流,利用类蜂巢状电极结构,在大气压He中获得了两种不同模式的二维射流阵列放电,比较了它们的放电特性,并研究了气流速度、射流单元之间距离和外加电压幅值等参数对射流阵列模式转换的影响。结果表明,He中射流阵列在一定条件下会出现具有较高放电强度的强耦合模式和具有较大放电面积的均匀模式两种放电模式,相同的外加电压幅值下,强耦合模式阵列的放电功率、传输电荷和主要粒子谱线强度均高于均匀模式。射流单元之间距离和气体流速是影响射流阵列模式转换的主要决定因素,外加电压的变化只会影响到放电强度而不会影响到射流阵列的放电模式。射流单元之间距离为0.2mm,流速小于5L/min时,放电模式为强耦合模式;流速大于5L/min放电转换到均匀模式;当射流单元之间的距离超过0.4mm时,放电只出现均匀模式。

关键词：等离子体射流射流阵列射流单元放电模式强耦合

大气压氮气交流滑动弧放电模式及其周期特性研究

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中国电机工程学报 2021年第8期41卷 2939-2947页

作者：丁亮刘诗筠梅丹华刘峰方志南京工业大学电气工程与控制科学学院江苏省南京市211800

滑动弧放电在能源环境及材料处理等领域有着广泛的应用,为指导实际应用中滑动弧电极结构和运行参数优化及应用效果提升,通过电学和光学特性等分析手段,采集并获得不同气体流量、电源调压器电压下氮气滑动弧的放电信号和放电图像,研究不... 详细信息

滑动弧放电在能源环境及材料处理等领域有着广泛的应用,为指导实际应用中滑动弧电极结构和运行参数优化及应用效果提升,通过电学和光学特性等分析手段,采集并获得不同气体流量、电源调压器电压下氮气滑动弧的放电信号和放电图像,研究不同条件下交流滑动弧放电的放电模式、伏安特性、光谱特性及电弧运动特性。研究结果表明:交流滑动弧在整个放电过程中存在稳定滑动和击穿伴随滑动两种模式,两者的电信号特征和电弧运动特征存在显著差异,通过减少气体流量或增加输入电压均会使电弧的放电模式向着稳定滑动模式转变。稳定滑动模式下的平均放电功率和滑动周期都高于击穿伴随滑动模式,且在稳定滑动模式下能产生较大的电弧弧长和弧高;交流滑动弧的发射光谱强度也和滑动弧放电模式直接相关,稳定滑动模式下的光谱强度高于击穿伴随滑动模式的光谱强度,有利于促进化学反应的进行。因此,在交流滑动弧放电实际应用中,可在较低的气体流量和较高的调压器输入电压下运行(该文在3L×min-1和120V),来获得稳定性高、活性强的等离子体,以达到提升应用效果的目的。

关键词：滑动弧放电电弧运动放电模式周期特性等离子体活性

氖气介质阻挡放电中斑图放电与均匀放电模式的转化

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高电压技术 2012年第7期38卷 1797-1802页

作者：冉俊霞罗海云王新新河北大学物理科学与技术学院保定071002 清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084

为了找到控制非均匀放电向均匀放电转化的条件,采用楔形气隙研究了氖气介质阻挡放电(DBD)中均匀放电和斑图放电模式之间的转化条件。实验发现,随着气隙距离的增大,放电由斑图放电逐渐向均匀放电过渡。对其放电特性的研究结果表明,在相... 详细信息

为了找到控制非均匀放电向均匀放电转化的条件,采用楔形气隙研究了氖气介质阻挡放电(DBD)中均匀放电和斑图放电模式之间的转化条件。实验发现,随着气隙距离的增大,放电由斑图放电逐渐向均匀放电过渡。对其放电特性的研究结果表明,在相同的气压和气隙距离下,外加电压的增加将导致均匀放电向斑图放电转变;在相同的外加电压和气隙距离下,气压的升高将导致斑图放电向均匀放电转化。经过分析发现这种转化现象的本质与电场强度E与气压p的比值E/p有关,即在一定的气隙距离下,E/p的增加将导致均匀放电向斑图放电转变。实验结果对空气大气压均匀辉光放电的产生具有一定的参考价值。

关键词：介质阻挡放电(DBD) 均匀放电斑图放电放电模式气体放电楔形气隙

利用不同曝光时间放电图像的灰度直方图识别介质阻挡放电模式

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高电压技术 2012年第5期38卷 1120-1125页

作者：吴云飞叶齐政李兴旺谭丹华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉430074

为了提高介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)的工业应用效率,深入理解DBD的形成机理,基于数字图像处理技术,提出了一种利用不同曝光时间放电图像的灰度直方图(gray level histogram,GLH)来识别DBD丝状或均匀放电模式的新... 详细信息

为了提高介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)的工业应用效率,深入理解DBD的形成机理,基于数字图像处理技术,提出了一种利用不同曝光时间放电图像的灰度直方图(gray level histogram,GLH)来识别DBD丝状或均匀放电模式的新方法。研究结果表明:由于丝状放电图像是由不同灰度级的像素点构成,所以随着曝光时间的逐渐增大,对应放电图像像素点的灰度级均逐渐增大,GLH逐渐向右偏移,半宽度明显变宽;而均匀放电图像基本上是由单一灰度级的像素点构成,所以随着曝光时间的逐渐增大,对应放电图像像素点的灰度级也逐渐增大,GLH也逐渐向右偏移,但半高宽基本保持不变。故利用不同曝光时间放电图像的GLH能够较为简单、有效地识别不同放电模式的DBD。

关键词：介质阻挡放电(DBD) 数字图像处理技术灰度直方图(GLH) 曝光时间识别放电模式

Ghostburster模型鞍结分岔点附近放电模式的转迁控制

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天津大学学报 2012年第5期45卷 440-447页

作者：陈颖源王江曾启明陈伟乐魏熙乐邓斌天津大学电气与自动化工程学院天津300072 香港理工大学机电工程学院香港999077

在不同的电流刺激下,ghostburster模型表现出周期放电、混沌簇放电、周期簇放电等多种放电模式.其中,周期放电和混沌簇放电之间的转迁是通过极限环的鞍结分岔实现的.应用washout滤波器实现了ghostburster模型鞍结分岔点周围放电模式的转... 详细信息

在不同的电流刺激下,ghostburster模型表现出周期放电、混沌簇放电、周期簇放电等多种放电模式.其中,周期放电和混沌簇放电之间的转迁是通过极限环的鞍结分岔实现的.应用washout滤波器实现了ghostburster模型鞍结分岔点周围放电模式的转迁;并通过快慢系统分解方法分析了放电模式转迁的内在机制.研究发现快子系统固定点的鞍结分岔和快子系统从周期一极限环转换到周期二极限环的临界点在树突产生不完全放电过程中起到关键作用.Washout滤波器的加入改变了树突膜电位极大值的分岔点的位置,从而改变了ghostburster模型的放电模式.

关键词： ghostburster模型簇放电放电模式 washout滤波器鞍结分岔