為你圖解真空等離子表面處理設(shè)備的鞘層模型
文章導(dǎo)讀：等離子表面處理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對材料及產(chǎn)品的等離子表面改性處理，關(guān)于真空等離子表面處理設(shè)備的等離子體鞘層研究，始終是工藝發(fā)展的一項(xiàng)重點(diǎn)，目前常使用計(jì)算機(jī)模擬來對等離子體粒子進(jìn)行模擬，接下來我們從一些簡化的圖片介紹來了解一下平行平板式的真空等離子表面處理設(shè)備的鞘層。
在真空等離子表面處理設(shè)備對相應(yīng)材料進(jìn)行等離子處理時(shí)，系統(tǒng)所產(chǎn)生的等離子體會(huì)跟金屬、電介質(zhì)等固體進(jìn)行接觸，所接觸的交界區(qū)域產(chǎn)生一定的空間電荷層，而這種空間電荷層，就是所說的鞘層。
一般來說，這層空間電荷層，或者說鞘層的厚度約為德拜長度的幾倍。從粒子擴(kuò)散速度來看，電子相對會(huì)比離子要快，因此在容器壁上就會(huì)累積負(fù)電荷。而屏蔽這些負(fù)電荷形成的電場，就需要在跟德拜長度相當(dāng)?shù)膮^(qū)域內(nèi)形成正的空間電荷層，也就是正離子鞘層。
平行平板式的真空等離子表面處理設(shè)備的真空腔體，是以一個(gè)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，如下圖所示。
電位以及位置和時(shí)間的關(guān)系如下圖，黃色線表示相位角θ=0時(shí)的電位分布，橙色線則對應(yīng)于相位角θ=π時(shí)的電位分布情況。等離子表面處理設(shè)備所產(chǎn)生的等離子體和鞘層是真空腔體的中心面對稱分布的。此時(shí)在平板式的真空腔體的中心存在著準(zhǔn)中性的等離子體，其電場強(qiáng)度及能量耗散都很低，等離子體兩測的鞘層內(nèi)，電位和電場為振蕩型。
在平行平板式等離子表面處理系統(tǒng)的真空腔體中，功率密度和電子數(shù)密度是對稱分布的，鞘層中的電場很強(qiáng)，因而該區(qū)域的大量高頻功率轉(zhuǎn)換到等離子體的電子上。然而電子在X方向上振蕩往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在鞘層中所獲得的速度會(huì)在等離子體內(nèi)部逐漸耗散掉，中心的電子數(shù)密度往往很高。如果趨膚深度和電子-中性粒子平均自由程不太小，則鞘層中的電子數(shù)密度很低，如下圖。
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