等离子体源离子注入柱形空心阴极内表面的蒙特—卡罗模拟

采用蒙特—卡罗方法对柱形空心阴极的氮离子(N+,N2+)注入进行了研究,考虑了氮离子与中性原子的电荷交换和弹性碰撞,计算了氮离子在不同压强下鞘层内表面的能量分布及角分布.

低气压氩气空心阴极放电自脉冲特性

为了进一步提高空心阴极放电的稳定性,揭示空心阴极放电自脉冲现象的形成机理,利用柱型空心阴极放电装置,在低气压氩气环境下研究了空心阴极放电的自脉冲现象。测量得到了放电的伏安特性曲线、放电发光图像、自脉冲电流和电压的时间演化特性,以及气压、电流、外部限流电阻等对自脉冲的影响。研究结果表明,自脉冲放电出现在空心阴极放电的负阻特性阶段,并具有稳定的频率(几kHz到几十kHz);自脉冲的形成时间<10μs,而衰减时间为几十μs,其频率随平均电流的增加而线性增大。此外,外部串联限流电阻对自脉冲产生范围有重要影响,随着外加电阻值的升高,能够产生自脉冲的上限平均电流升高,下限平均电流降低,但是不会对自脉冲产生机理产生影响。

空心阴极自脉冲放电的电学特性

自脉冲是空心阴极放电中一种常见的不稳定现象,但是关于其特性和形成机理还存在一定争论。为了进一步揭示空心阴极放电自脉冲的放电机理,提高空心阴极放电的稳定性,在压强为1 330 Pa的氩气实验条件下测量得到了空心阴极放电的伏安特性曲线、自脉冲波形、自脉冲频率、等效电阻等放电特性。同时在实验数据的基础上,建立了一RC等效电路模型,将放电单元等效为一电容器和电阻的并联结构,自脉冲放电过程等效为一电容器的充放电过程,模拟再现了空心阴极放电中的自脉冲现象。实验结果表明:在自脉冲放电模式下,自脉冲频率随着平均电流的增高而升高;脉冲电流的最大值和最小值均随平均电流的增加而升高;脉冲电压的最低值基本不随平均电流变化,最高值随平均电流的增加先升高到一定值后然后基本保持不变;放电单元的最大和最小等效电阻值均随平均电流的增高而降低。利用RC等效电路模型比较好地再现了实验中的电流和电压波形。模拟结果表明,不同平均电流时,将放电单元充放电过程中的等效最大和最小电阻视为可变电阻去代替等效恒定电阻可以使模拟结果更接近实验结果,也更符合实际放电情况。

偏压对自源笼形空心阴极放电制备Si-DLC薄膜结构和性能的影响

针对利用笼形空心阴极放电在大工件表面制备DLC薄膜时,笼网内大工件操作困难、大工件影响放电的问题,开发了自源笼形空心阴极放电方法,在不同偏压(-300~0 V)条件下于Si(100)表面制备了Si-DLC薄膜,考察了偏压对Si-DLC薄膜结构和性能的影响。结果表明:获得Si-DLC的沉积速率达到7.90μm/h。由偏压引起的高能离子轰击使薄膜的组织结构更为致密,降低了表面粗糙度和H含量。Si-DLC薄膜中的sp3/sp2值随偏压增加先上升后下降,薄膜纳米压入硬度和弹性模量也呈现相同规律。偏压为-200 V沉积的Si-DLC薄膜具有最高的sp3/sp2(0.69)、H/E和H3/E2值,表现出致密的结构和优异的摩擦性能,摩擦因数低至0.024,磨损率为1×10^-6 mm^3/Nm。说明自源笼形空心阴极放电是一种有效制备大面积DLC膜的工艺,-200 V偏压是最优化的参数。

空心阴极放电自脉冲现象的实验研究

研究了氩气中圆柱形空心阴极放电的自脉冲现象.测试了空心阴极放电不同阶段的伏安特性及自脉冲频率和电流脉冲上升沿随放电平均电流、气压和电路电容的变化;讨论了自脉冲的形成机理.结果表明,自脉冲现象出现在空心阴极放电的负阻特性阶段,并具有稳定的频率.自脉冲频率随平均电流的增加而线性增大,气压和孔径的乘积pD值对频率的影响与其大小有关,但电极间的并联电容不影响脉冲频率;电流脉冲上升沿几乎与平均电流、气压或并联电容无关.实验结果表明,自脉冲现象是空心阴极本身的一种特征放电过程.

纳秒脉冲触发的阵列微空心阴极放电特性

阵列微空心阴极(MHC)是一种在同一个阴极结构上加工多个微孔形成微孔阵列,实现大面积高电子密度的放电微等离子体结构。相比直流触发模式,纳秒短脉冲触发阵列微空心阴极,可以显著地减少直流触发时的电流热负荷效应,提高放电电流和放电能量。本文利用自行研制的纳秒脉冲电源,实现对阵列微空心阴极在氩气下进行脉冲放电,研究其脉冲条件下的放电特性;其次,研究其在纳秒脉冲下多孔阵列的同步放电问题,并通过加入预触发结构,有效改善其同步特性;最后,利用光纤式发射光谱仪进行氩气下氩发射光谱测量,并对纳秒放电等离子体进行光谱诊断。

脉冲放电的空心阴极灯光谱研究

在这篇报告中，我们研究了空心阴极灯脉冲放电条件下，铀、氖发射光谱的特征，并对其进行了定性的解释。另外，采用激光诱导荧光法测量了铀２３５二个能级的寿命。

空心阴极自脉冲放电的时空演化特性

本文利用圆筒形空心阴极放电结构,研究了自脉冲放电等离子体参量的时空演化特性。在气压为133 Pa的氩气环境下获得了稳定的自脉冲放电,同时将测量得到的极间电压作为输入电势,利用流体模型进行了空心阴极自脉冲放电的数值模拟研究。模拟得到了放电电流、电势、电子密度、电场和净电荷密度的时空分布特性。结果表明等离子体参量随时间成周期性变化。自脉冲现象为由孔外低电流、低径向电场强度、低电子密度、低净电荷密度放电模式向孔内高电流、高径向电场强度、高电子密度、高净电荷密度放电模式的一个往复转换的过程。自脉冲不同阶段放电模式的转换与平均电流有关。当自脉冲放电处于电流峰值时为具有较强空心阴极效应的正常辉光放电模式。自脉冲处于低电流时的放电模式与平均电流有关。当平均电流较低时,自脉冲放电在阳极和孔内阴极附近往复移动;此状态下瞬时电流最低值时放电处于汤生放电模式。当平均电流较高时,自脉冲放电在阴极孔口和孔内阴极附近往复移动;此状态下瞬时电流最低值时阴极附近的阴极鞘层基本形成。

笼网型空心阴极氩气放电特性研究

采用高功率脉冲电源,研究了氩气气氛下工作气压、脉冲电压和频率等参数对笼网型空心阴极放电特性的影响,并对等离子体发射光谱进行了分析。结果发现:在脉冲电压增加到一定程度,脉冲电流随时间呈指数型(n>1)激增。提高工作气压、脉冲频率及脉冲电压,笼型空心阴极放电增强。脉冲峰值电流随气压和脉冲电压的升高而增大,但随频率增大呈现降低趋势。光谱分析表明,氩气笼型空心阴极放电主要物种是Ar*和Ar+粒子,随脉冲电压、工作气压及频率的增大,Ar*和Ar+粒子数量增多。

空心阴极N_2等离子体放电光源实现普通PS版感光

本文利用直流空心阴极放电方式产生了一种新型氮气等离子体蓝紫光源,实现了针对传统的预涂感光版(PS版)的感光,当N2气压70 Pa、放电电压580 V、电流1.8 A时,产生的蓝紫光功率密度为0.46 mW/cm2.本文进一步从曝光前后颜色密度值变化、感光材料红外分析方面,对PS版的曝光效果做了详细的测量.

空气中空心阴极不同放电模式下的发光特性

为了进一步揭示空心阴极放电中放电模式的转换机制,特别是空心阴极放电过程中自脉冲的形成机理,利用柱型空心阴极放电结构,在空气环境下研究了放电处于不同模式时的发光特性。测量得到了不同放电模式下的伏安特性曲线、放电发光图像、自脉冲阶段的脉冲波形等。实验结果表明随着放电电流的增加放电分为汤生放电模式、自脉冲放电模式、正常辉光放电模式和反常辉光放电模式。虽然所用电源为直流电源,但在自脉冲放电阶段电流和电压随时间呈周期性变化。实验结果表明在不同的放电模式下具有不同的发光特性。在由汤生放电转换为自脉冲放电模式和由自脉冲模式转换为正常辉光放电模式过程中,放电腔的径向中心处和轴向孔口附近均存在光强的突变。实验同时在200~700nm范围内测量得到了不同电流时的发射光谱。结果表明发射光谱主要集中在330~450nm,主要包括氮分子的第二正带系(C^3Πu→B^3Πg)和氮分子离子的第一负带系(B^2Σ+u→X^2Σ+g)。其中氮分子离子第一负带系具有较强的发射光谱。由于B^2Σ+u激发电位较高,因此该谱带较强发射光谱的存在表明空心阴极放电较其他放电形式更容易获得高激发态粒子和高能量电子。在650~700nm附近存在一弱的发光谱带,主要为氮分子的第一正带发射谱(B^3Πg→A^3Σ+u)。在此基础上根据双原子光谱发射理论,结合氮分子第二正带系的三组顺序组带:Δν=-1,-2和-3,利用玻尔兹曼斜率法计算得到了不同放电模式下氮气的分子振动温度。结果表明在实验电流范围内分子振动温度在3 300K左右,随着电流的增加而升高,并且在自脉冲消失时存在一突变迅速增强。由于电子能量、电子密度与分子振动温度密切相关,因此该结果也表明随着放电电流的增加电子平均能量和电子密度不断增加,当脉冲消失时,电子平均能量和电子密度出现跃变升高。最后,对空心阴极放电中自脉冲的形成机理进行了讨论,结果表明自脉冲放电源于放电模式的转换。

微空心阴极放电的仿真研究进展

微空心阴极放电是一种典型的非平衡高压微放电,可以在较低的放电电压下产生高浓度的稠密等离子体,研究潜力巨大。分析比较了目前主要的仿真模型:蒙特卡罗模型、流体模型、动力学模型(以粒子-蒙特卡罗模型为主)、混合模型和等效电路模型。这些模型均可以用于探索放电系统内部的发展规律:微空心阴极放电经历反常辉光放电、自脉冲和正常辉光放电三个阶段,最终达到放电稳态。其中自脉冲阶段等离子体密度达到峰值,是当前研究的热点。

电源参数对可控区域空心阴极放电的影响

针对大面积工件表面沉积DLC薄膜,开发了可控区域空心阴极放电沉积DLC薄膜系统,利用匹配网络将脉冲电源和偏压电源解耦,研究氩气气氛下脉冲电压、脉冲频率、脉冲宽度和偏压对空心阴极放电的影响,结果表明,较高的脉冲电压和脉冲宽度对空心阴极放电电流有促进作用,脉冲频率的改变只影响脉冲间歇的残余等离子体的数量。当偏压超过-100 V空心阴极放电增强。

氮气快脉冲放电等离子体的光谱分析

对氮气快脉冲放电等离子体进行了光谱分析，并与其它放电方法进行了比较；对使用铝电极和石墨电极的放电光谱也进行了分析和比较。

大功率伪火花放电开关触发电路的设计

伪火花放电开关的触发技术是伪火花开关研究中的一项重要内容。因为触发方案的选择不仅关系到开关放电室的设计,而且对开关的工作电压范围,工作频率和使用寿命有很大影响。伪火花开关及其触发设计的最主要特征在于它的空心阴极结构,空心阴极的存在既是伪火花间隙放电的先决条件,又为开关的触发单元提供必要的空间和可靠的保护屏障,使得触发部件不受主放电等离子体电流的冲击和烧蚀。笔者提出了伪火花开关触发设计的技术要求,总结了现有伪火花放电开关的触发方法,并对它们的触发效果进行了比较,重点介绍了脉冲辉光放电(脉冲空心阴极)触发和表面放电触发及其发展。

伪火花放电开关的半导体氧化锌表面放电触发装置研究

准确可靠的触发技术是伪火花开关研究中的一项重要内容。因为触发方案的选择不仅关系到开关电极的结构设计 ,而且对开关的工作电压范围 ,频率和寿命有很大影响。本文首次采用半导体氧化锌 (ZnO)为材料 ,设计了伪火花开关的表面放电触发器 ,该触发器体积小 ,结构简单 ,可焙烧 ,大量实验 (>1 0 5次 )表明 ,其可靠性高 ,寿命长 ,用它触发的伪火花开关 (放电电压 30～ 2kV)具有稳定的放电时延 (80～ 4 0 0ns)和时延抖动 (2 0～ 5 0ns) ,由于触发电流大 ,因而可以在极低的开关电压下触发开关 ,对着火电压 30kV的伪火花开关 ,其最低可触发开关电压可至 4 40V。

伪火花放电开关的陶瓷表面放电触发研究

设计了伪火花开关的陶瓷材料表面放电触发器 ,该触发器体积小 ,结构简单 ,可焙烧。经大量实验 (>10 5次 )表明 ,较传统的表面放电触发器可靠性提高 ,寿命延长 ,用它触发的伪火花开关 (放电电压 30～ 2kV)具有稳定的放电时延 (5 0～ 340ns)和时延抖动 (15～ 4 0ns)。由于触发电流大 ,因此可在极低的开关电压下触发开关 ,对耐受电压 30kV的伪火花开关 ,其最低可触发开关电压可至 6 0 0V。

一种新型大电流脉冲调制器件——伪火花开关

介绍了一种新型大电流脉冲调制器件——伪火花开关,它利用介电材料沿面放电进行触发,单间隙导通脉冲大电流。目前这种开关已完成产品化,可以用来调制不低于30kV、50kA的脉冲,电流上升速率高达5×1010 A/s,在负触发电压脉冲作用下,开关的时间跳动小于7ns,寿命高达5×104 C,可直接用于替换氢闸流管以及高气压火花隙。

交流脉冲式磁控溅射靶极电源的研制

本文介绍了一种中频交流脉冲式磁控溅射靶极电源。该电源采用全桥逆变拓扑电路、PWM控制方式、输出功率叠加的方案,具有快速的过流检测与保护功能。在等离子体负载下进行了抑制弧光放电和空心阴极效应的实验,同低频直流脉冲电源相比,交流脉冲放电对其抑制是非常有效的。这表明该电源作为磁控溅射靶极电源是完全可行的,也为进一步探索交流磁控溅射新工艺提供了可靠的研究设备。

双间隙伪火花开关沿面放电触发材料的测试与研究

本文介绍了一种新型大电流脉冲调制器件——双间隙伪火花开关,它利用介电材料沿面放电进行触发,双间隙导通脉冲大电流,可以用来调制不低于50kV、50kA的脉冲,并能直接用于替换氢闸流管以及高气压火花隙。本文就双间隙伪火花开关沿面放电的三种触发材料进行了相关研究,确定了氮化铝-碳化硅材料具有优良的触发性能与机械性能,解决了触发单元成品率较低的问题,实现了双间隙伪火花开关的产品化。