平行平板等離子清洗機的鞘層模型是什么樣子？
文章導讀：等離子清洗機作為等離子體的反應器，尤其是真空（低壓）等離子清洗機的等離子體鞘層的研究，一直以來都是重要而活躍方向，特別是可以結(jié)合計算機模擬手段的研究方法等離子體粒子模擬（Particle-in-cell computer modeling）對該理論的推進作用是比較顯著，今天我們通過簡化的圖形初步來了解一下平行平板等離子清洗機的鞘層模型。
我們都知道，在等離子清洗機的等離子體與金屬、電介質(zhì)等固體接觸的交界區(qū)域會形成被稱為鞘層（sheath）的空間電荷層（ne≠ni）。通常，鞘層的厚度約為德拜長度的數(shù)倍。 具體地講，由于電子比離子擴散得快，于是容器壁上就會累積負電荷。屏蔽這些負電荷形成的電場，需要在與德拜長度相當?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）等離子清洗機的等離子體反應腔體（真空腔體），用一個軸對稱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 對此激勵的高頻輝光放電中相位
相差180°的兩個相角處的鞘層和電位分布
圖3 激勵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）等離子清洗機的等離子體反應腔體（真空腔體），用一個軸對稱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)
電位與位置和時間的關系曲線圖見圖2所示，黃色線表示相位角θ=0時的電位分布；而橙色線則對應于相位角θ=π時的情況。由于真空（低壓）等離子清洗機的等離子體反應腔體（真空腔體）高頻源對稱連接，所產(chǎn)生的等離子體和鞘層也是對反應腔體（真空腔體）中心面呈對稱分布。計算機離子體粒子模擬研究表明，這個時候，在平板反應腔體（真空腔體）的中心存在著準中性的等離子體，其電場強度相當?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鞘層內(nèi)，電位和電場為振蕩型。
圖2 對此激勵的高頻輝光放電中相位
相差180°的兩個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)密度是對稱分布的，因為在鞘層中電場很強，因此在這個區(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方向上來回振蕩運動，把它們在鞘層中所獲得的速度帶進等離子體的內(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?shù)?。如下圖3所示
圖3 激勵高頻放電的功率密度和電子數(shù)密度分布曲線
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