高度电子负性等离子体的放电结构理论及其层次性与跨学科意义

本 work 通过基于有限元方法的自一致流体模型仿真，构建了高度电子负性等离子体的放电结构系统理论。选取为 10% 反应性 SF6 激发耦合 Ar/SF6 等离子体源，压力范围为 10~90mTorr。将放电结构分类为传输支配制、传输与化学自平衡制和化学支配制。在 10mTorr 的低压下，核心等离子体的抛物线特征、整个放电区域被划分为电子负性核心和电正性外缘、阴离子势 barrel 以及二层的偶极和电容模型特征化了传输支配制的放电结构。在压力升高时，离子复合损失变得显著，放电结构呈椭圆轮廓。同时，二层和电正性外缘的区域明显缩小，这意味着传输与化学自平衡制的等离子体是一个近似封闭系统，可能不需要室壁的屏蔽。维数分析表明，复合可以在漂移通量中转化，从而平衡等离子体物种的双向扩散。在所考虑的压力范围内，仿真显示星状结构嵌入在抛物线和椭圆轮廓中。通过观察星状结构的特征，基于自由扩散和负化学源构建了自聚合理论和准 Helmholtz 方程。这被定义为化学支配制，由于惯性在负离子的不可稳态连续方程中自动丢失，以抵消扩散和复合而达到自平衡。