碰撞对两种正离子的电负性磁鞘影响的数值研究.pdfVIP

第29卷第6期 计 算 物 理 V01．29．NO．6 OF 2012年11月 CHINESEJOURNALCOMPUTATIONALPHYSICS Nov．．2012 文章编号：1001—246X(2012)06-0859-08 碰撞对两种正离子的电负性磁鞘影响的数值研究 赵晓云， 张丙开， 武 山， 李世刚 (阜阳师范学院物理与电子科学学院，安徽阜阳236037) 摘要：建立包括两种正离子的电负性磁鞘的流体模型，利用四阶龙格库塔法数值求解描述一维稳态等离子体鞘 层的方程组，考察离子与中性粒子碰撞对一维稳态等离子体鞘层的影响．结果表明：鞘边Ar+与He+的含量比值与 碰撞参数对离子马赫数的取值范围都有影响．鞘边负离子含量越少，碰撞对鞘层中带电粒子密度的影响越明显．并 且随碰撞参数的加大，鞘层中电子、负离子的密度下降越快，两种正离子的密度则呈现不同的波动变化．鞘边负离 子含量越多，碰撞对鞘层中两种正离子的速度影响就越明显．此外，碰撞参数越大对鞘边8越大的鞘层中的带电粒 子密度影响越大． 关键词：等离子体；磁鞘；碰撞；玻姆判据 中圈分类号：0531 文献标识码：A 0 引言 在等离子体刻蚀、材料表面改性及合成薄膜中，常常在待加工的器件表面形成包含诸如O一、F：一等负离 子的电负性等离子体鞘层¨。1．鞘层中带电粒子的特性对等离子体的应用有直接的影响．为了促进等离子体 的应用，两种正离子的等离子体已经逐渐使用‘4‘5。，这就使得含有两种正离子的电负性磁鞘得以存在并值得 研究． 对于仅含有一种正离子的电负性磁鞘，已经做了比较充分的研究冲。1．邹秀等人∞。假设鞘层中电子和负 离子遵从玻尔兹曼分布，离子是冷的且遵从流体的运动方程，通过研究无碰撞电负性磁鞘发现负离子的存在 加速了鞘层中电子、离子密度的下降，磁场的存在使得电子、负离子密度分布均降低，正离子的密度呈现先增 加后降低的波动变化．并且磁场的加强导致三种带电粒子的密度在鞘边负离子密度较高和负离子温度较低 鞘．在不考虑电离的情况下，碰撞和负离子含量的增加将使磁场对于鞘层中正离子的影响削弱，鞘层的厚度 变得更窄；当考虑鞘层中离子和中性粒子碰撞电离时，不同强度的磁场对于鞘边电负性离子密度高于电子密 度所对应的鞘层结构可以表现为三种不同形式． 在鞘边以各自的玻姆速度进入鞘层．随着等离子体的应用推广，文献[4—5]中通过研究得出在二次电子发 射枪中两种正离子的不同密度比值对于细菌失活有着重要的影响，这使得两种正离子的等离子体鞘层进一 中的离子特性，结果显示磁场使得鞘层中两种正离子的密度和速度分布均呈波动变化，所附加的Ar+越多， 鞘层中较轻离子的密度受到的影响越大．此外发现两种离子和中性粒子碰撞参数的加大，鞘层中两种离子的 密度增加，速度和动能都减小，并且碰撞对质量较大离子的影响幅度要大．同时，Hatami等人¨纠对含有两种 正离子的无碰撞磁鞘结构中存在负离子进行了研究，结果不仅指出鞘层电势、电子以及两种正离子的密度和 动能与鞘边负离子含量、温度有关，而且还讨论了鞘层中带电粒子净电荷密度受两种正离子的密度比值等的 影响． 收稿日期：2012—02—09；修回日期：2012—04—05 学基金(K资助项目 作者简介：赵晓云(1977一)，男，硕士，讲师，主要从事等离子体鞘层的理论研究，E—mail：fuyangzxy77@163．eom 万方数据 计 算 物 理 第29卷 已有的研究工作卜131显示了碰撞以及鞘边两种正离子的不同含量给鞘层带来一定的影响，但是由于等 离子体在不同工艺应用中可能导致负离子含量和两种正离子分别与中性粒子的碰撞参数的不同，使得碰撞 对两种正离子的电负性磁鞘影响的研究成为必要．本文利用流体模型研究碰撞对两种正离子的电负性磁鞘 中鞘边离子玻姆速度以及负离子含量不同时鞘层结构特性的影响，从而为促进含有两种正离子的等离子体 应用提供理论参考。 1 基本方程 对于由电子、两种正离子以及负