等离子体产生技术1 ppt课件
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等离子体及其在环境中的应用(共28张PPT)
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正、负电晕放电随电压(diànyā)变化的图像
5 mm
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5 mm
介质阻挡 放电（ (zǔdǎng) DBD)
• 也叫无声放电。结合(jiéhé)了辉光放电和电晕放电的优点，可以在大气压 条件下产生大面积低温等离子体[32]，且体系温度与活性粒子的密度 均适中。将绝缘介质插入两个电极之间，防止电极的直接击穿形成 火花弧光放电，从而形成均匀稳定的大面积等离子体。
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电除尘
• 电除尘器是利用电晕放电产生的大量离子(lízǐ)使得粒子荷电，并使荷电 粒子在电场力的驱动下移向集尘板，从而将微粒从气流中分离出来的 装置。用电除尘的方法分离、捕集气体中的尘粒。
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空气净化
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臭氧 发生器 (chòuyǎng)
• 臭氧(chòuyǎng)是一种氧化和杀菌性能极高的氧化剂，被广泛用于食品加工存 储与保鲜、医疗卫生及餐具消毒和水处理等行业。臭氧(chòuyǎng)易分解为氧， 不便于收集贮存，必须在常温或低温下现场生产。臭氧(chòuyǎng)的主要生产
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Influent gas
NTP/Catalyst
Effluent gas
Influent gas
NTP
Catalyst
Effluent gas
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高压 放电水处理 (gāoyā)
• 水下高压放电是在由尖端电极极不均匀电场中产生的。还可向溶液通 入气体，促进局部放电和等离子体通道的形成、增加活性物质数量， 从而处理(chǔlǐ)难降解有机废水和水体消毒灭菌。
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辉光 放电 (huī ɡuānɡ)
正、负电晕放电随电压(diànyā)变化的图像
5 mm
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5 mm
介质阻挡 放电（ (zǔdǎng) DBD)
• 也叫无声放电。结合(jiéhé)了辉光放电和电晕放电的优点，可以在大气压 条件下产生大面积低温等离子体[32]，且体系温度与活性粒子的密度 均适中。将绝缘介质插入两个电极之间，防止电极的直接击穿形成 火花弧光放电，从而形成均匀稳定的大面积等离子体。
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电除尘
• 电除尘器是利用电晕放电产生的大量离子(lízǐ)使得粒子荷电，并使荷电 粒子在电场力的驱动下移向集尘板，从而将微粒从气流中分离出来的 装置。用电除尘的方法分离、捕集气体中的尘粒。
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空气净化
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臭氧 发生器 (chòuyǎng)
• 臭氧(chòuyǎng)是一种氧化和杀菌性能极高的氧化剂，被广泛用于食品加工存 储与保鲜、医疗卫生及餐具消毒和水处理等行业。臭氧(chòuyǎng)易分解为氧， 不便于收集贮存，必须在常温或低温下现场生产。臭氧(chòuyǎng)的主要生产
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Influent gas
NTP/Catalyst
Effluent gas
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高压 放电水处理 (gāoyā)
• 水下高压放电是在由尖端电极极不均匀电场中产生的。还可向溶液通 入气体，促进局部放电和等离子体通道的形成、增加活性物质数量， 从而处理(chǔlǐ)难降解有机废水和水体消毒灭菌。
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辉光 放电 (huī ɡuānɡ)
第一章 等离子体概述(共50张PPT)
PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) -- 等离子体增强化学气相沉积法 典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理
1～4电等子伏，离电流子为1态～10常0安及被以上称。 为“超气态”，它和气体有很多相似之处，
集体效应起主导作用：等离子体中相互作用的电磁 力是长程的。
宇宙中90％物质处于等离子体态
人类类的的生生存存伴伴随随着着水水，，水存水在存的在环的境环是境地是球地文球明得文以明进得化以、进发化展、的发的展热 的力学的环热境力，学这环种境环，境这远种离等环离境子远体离物等态离普子遍体存物在的态状普态遍。存因在而的，状天态然。等 因离子而体，就天只然能等存离在子于远体离就人只群能的存地在方于，远以闪离电人、群极的光地的方形，式以为闪人电们、所极敬 光畏、的所形赞式叹为。人们所敬畏、所赞叹。
温度 (度)
等离子体参数空间
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
北极光
火焰
人类居住环境
密度(cm-3)
等1.按离存在子分：体的分类
天然等离子体：太阳、恒星、星云、极光、雷电等
人工等离子体：日光灯、霓虹灯、电火花、电弧等
2.按电离度分： 等离子体：电子(ne )、正离子(离子 ni)、中性粒子（分子、
Tonks)首先引入等离子体（ Plasma ）这个名称。
涉及分子间作用力，而等离子体由气态转化时需要克服原 特点是焊缝平整，可以再加工,没有氧化物杂质,焊接速度快。
人类的生存伴随着水，水存在的环境是地球文明得以进化、发展的的热力学环境，这种环境远离等离子体物态普遍存在的状态。
1～4电等子伏，离电流子为1态～10常0安及被以上称。 为“超气态”，它和气体有很多相似之处，
集体效应起主导作用：等离子体中相互作用的电磁 力是长程的。
宇宙中90％物质处于等离子体态
人类类的的生生存存伴伴随随着着水水，，水存水在存的在环的境环是境地是球地文球明得文以明进得化以、进发化展、的发的展热 的力学的环热境力，学这环种境环，境这远种离等环离境子远体离物等态离普子遍体存物在的态状普态遍。存因在而的，状天态然。等 因离子而体，就天只然能等存离在子于远体离就人只群能的存地在方于，远以闪离电人、群极的光地的方形，式以为闪人电们、所极敬 光畏、的所形赞式叹为。人们所敬畏、所赞叹。
温度 (度)
等离子体参数空间
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
北极光
火焰
人类居住环境
密度(cm-3)
等1.按离存在子分：体的分类
天然等离子体：太阳、恒星、星云、极光、雷电等
人工等离子体：日光灯、霓虹灯、电火花、电弧等
2.按电离度分： 等离子体：电子(ne )、正离子(离子 ni)、中性粒子（分子、
Tonks)首先引入等离子体（ Plasma ）这个名称。
涉及分子间作用力，而等离子体由气态转化时需要克服原 特点是焊缝平整，可以再加工,没有氧化物杂质,焊接速度快。
人类的生存伴随着水，水存在的环境是地球文明得以进化、发展的的热力学环境，这种环境远离等离子体物态普遍存在的状态。
等离子体PPT幻灯片课件
主讲：小林
学号：2
1
1、什么是等离子体？
• 等离子体：又叫做电浆，通常被视为物质
的第四种形态。它是由部分电子被剥夺后
的原子及原子被电离后产生的正负电子组 成的离子化气体状物质。等离子体是一种 很好的导电体，用磁场可以捕捉、移动和 加速等离子体。
2
• • • • 等离子体 •
低温等离子体：轻度电离 的等离子体，离子温度一般 远低于电子温度。
15
独特的优点:
(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、 使用时间长、价格极其便宜； (2)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不 会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30%以上的飞 行阻力。
存在难点:
(1)飞行速度对等离子体的影响; (2) 等离子体是一项十分复杂 的系统工程，涉及到大 气等离子体技术、电磁理论与工程、空气功力学、机 械与电气工程等学科，具有很强的学科交叉性。
18
等离子体技术在VLSI中的应用
1.等离子体清洗技术 2.离子注入 3.干法刻蚀 4.等离子体增强化学气相淀积（PECVD）
19
1 等离子体清洗的机理
主要是依靠等离子体中活性粒子的“活化作用”达到 去除物体表面污渍的目的。就反应机理来看，等离子体清 洗通常包括以下过程：无机气体被激发为等离子态；气相 物质被吸附在固体表面；被吸附基团与固体表面分子反应 生成产物分子；产物分子解析形成气相；反应残余物脱离 表面。
23
干法刻蚀
• 干法刻蚀：利用等离子体激活的化学反应或者是利用高 能离子束轰击完成去除物质的方法。
• 干法刻蚀主要分为以下三种：
– 一种是利用辉光放电产生的活性粒子与需要刻蚀的材料发生化 学反应形成挥发性产物完成刻蚀，也称为等离子体刻蚀。
学号：2
1
1、什么是等离子体？
• 等离子体：又叫做电浆，通常被视为物质
的第四种形态。它是由部分电子被剥夺后
的原子及原子被电离后产生的正负电子组 成的离子化气体状物质。等离子体是一种 很好的导电体，用磁场可以捕捉、移动和 加速等离子体。
2
• • • • 等离子体 •
低温等离子体：轻度电离 的等离子体，离子温度一般 远低于电子温度。
15
独特的优点:
(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、 使用时间长、价格极其便宜； (2)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不 会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30%以上的飞 行阻力。
存在难点:
(1)飞行速度对等离子体的影响; (2) 等离子体是一项十分复杂 的系统工程，涉及到大 气等离子体技术、电磁理论与工程、空气功力学、机 械与电气工程等学科，具有很强的学科交叉性。
18
等离子体技术在VLSI中的应用
1.等离子体清洗技术 2.离子注入 3.干法刻蚀 4.等离子体增强化学气相淀积（PECVD）
19
1 等离子体清洗的机理
主要是依靠等离子体中活性粒子的“活化作用”达到 去除物体表面污渍的目的。就反应机理来看，等离子体清 洗通常包括以下过程：无机气体被激发为等离子态；气相 物质被吸附在固体表面；被吸附基团与固体表面分子反应 生成产物分子；产物分子解析形成气相；反应残余物脱离 表面。
23
干法刻蚀
• 干法刻蚀：利用等离子体激活的化学反应或者是利用高 能离子束轰击完成去除物质的方法。
• 干法刻蚀主要分为以下三种：
– 一种是利用辉光放电产生的活性粒子与需要刻蚀的材料发生化 学反应形成挥发性产物完成刻蚀，也称为等离子体刻蚀。
微波与等离子体PPT课件
辉光放电：从直流到微波的所有频率带的电源产生
各种不同的电离状态。辉光放电法所产生的低温等 离子体在薄膜材料的制备技术中得到了非常广泛的 应用。
燃烧：通过燃烧，火焰中的高能粒子相互之间发生
碰撞，从而导致气体发生电离，这种电离通常称之 为热电离。另外，特定的热化学反应所放出的能量 也能够引起电离。
超 短 波
红 外 光
3
2 微波的产生
微波通常由直流电或50Hz交流电通过一特殊的 器件来获得。
产生微波的器件有许多种，但主要分为两大类： 半导体器件和电真空器件。电真空器件是利用电 子在真空中运动来完成能量变换的器件，或称之 为电子管。在电真空器件中能产生大功率微波能 量的有磁控管、多腔速调管、微波三、四极管、 行波管等。在目前微波加热领域特别是工业应用 中使用的主要是磁控管及速调管。
它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、 气外，物质存在的第四态 .
24
25
等离子体与气体的区别
普通气体由分子构成，分子之间相互作用力是短程
力，仅当分子碰撞时，分子之间的相互作用力才有 明显效果，理论上用分子运动论描述．
在等离子体中，带电粒子之间的库仑力是长程力，
库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局 部短程碰撞效果，等离子体中的带电粒子运动时， 能引起正电荷或负电荷局部集中，产生电场；电荷 定向运动引起电流，产生磁场．电场和磁场要影响 其他带电粒子的运动，并伴随着极强的热辐射和热 传导；等离子体能被磁场约束作回旋运动等．等离 子体的这些特性使它区别于普通气体被称为物质的 第四态。
8
选择性加热
物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因 数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸 收能力就强，相反，就弱。由于各物质的损耗 因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热 的特点。
各种不同的电离状态。辉光放电法所产生的低温等 离子体在薄膜材料的制备技术中得到了非常广泛的 应用。
燃烧：通过燃烧，火焰中的高能粒子相互之间发生
碰撞，从而导致气体发生电离，这种电离通常称之 为热电离。另外，特定的热化学反应所放出的能量 也能够引起电离。
超 短 波
红 外 光
3
2 微波的产生
微波通常由直流电或50Hz交流电通过一特殊的 器件来获得。
产生微波的器件有许多种，但主要分为两大类： 半导体器件和电真空器件。电真空器件是利用电 子在真空中运动来完成能量变换的器件，或称之 为电子管。在电真空器件中能产生大功率微波能 量的有磁控管、多腔速调管、微波三、四极管、 行波管等。在目前微波加热领域特别是工业应用 中使用的主要是磁控管及速调管。
它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、 气外，物质存在的第四态 .
24
25
等离子体与气体的区别
普通气体由分子构成，分子之间相互作用力是短程
力，仅当分子碰撞时，分子之间的相互作用力才有 明显效果，理论上用分子运动论描述．
在等离子体中，带电粒子之间的库仑力是长程力，
库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局 部短程碰撞效果，等离子体中的带电粒子运动时， 能引起正电荷或负电荷局部集中，产生电场；电荷 定向运动引起电流，产生磁场．电场和磁场要影响 其他带电粒子的运动，并伴随着极强的热辐射和热 传导；等离子体能被磁场约束作回旋运动等．等离 子体的这些特性使它区别于普通气体被称为物质的 第四态。
8
选择性加热
物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因 数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸 收能力就强，相反，就弱。由于各物质的损耗 因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热 的特点。
《等离子显示原》课件
对未来研究的建议和展望
技术改进
针对等离子显示技术的效率和寿命问题，需要进一步研究和改进，如 优化电极结构、气体成分和驱动电路等。
新型应用
探索等离子显示技术在新型显示领域的应用，如透明显示、柔性显示 和可穿戴显示等。
环境影响
关注等离子显示技术的环保影响，研究其在生产和使用过程中的能耗 和废弃物处理问题，推动绿色生产。
技术特点
应用领域
等离子显示技术以其高亮度、宽视角 、快速响应和真彩色的特点，在显示 领域占据一席之地。
等离子显示技术在电视、公共信息显 示、高端商业展示等领域有广泛应用 ，尤其在大型显示和高清显示方面具 有优势。
工作原理
通过气体放电产生紫外线激发荧光物 质，从而实现显示效果。其工作原理 涉及多个物理过程和复杂的电场分布 。
在等离子显示器中，气体 放电产生等离子体，进而 激发荧光物质发出可见光 ，形成图像。
等离子显示技术的发展历程
1940年代
等离子显示技术的概念被提出，但当时技 术尚不成熟。
1960年代
等离子显示技术开始进入研究阶段，初步 实现了一些实验性显示。
1990年代
等离子显示技术开始商业化应用，PDP（ Plasma Display Panel）产品问世。
与其他技术的比较
深入研究等离子显示技术与液晶显示、有机发光二极管显示等其他主 流显示技术的优劣比较，为未来显示技术的发展提供参考。
谢谢您的聆听
THANKS
03
等离子显示技术应用
等离子电视
大屏幕显示
01
等离子电视以其42英寸以上的大屏幕显示而著名，为用户提供
家庭影院般的观影体验。
高清晰度
02
等离子电视能提供高达1080p的分辨率，展现出清晰、细腻的
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6. 放电气体可以是惰性气体如He、Ne、Ar，可以是分子气体如氮气、氧 气、空气，也可以是其他反应性气体如CCl2F2, CClF3 and CHClF2
丝状放电模式
空气(均匀辉光放电)
(高频)交流放电的阻抗匹配 (续)
实际上，为了不使回路中流过较大的高频电流，通常是 把高频发生器的输出阻抗设计城纯电阻的．阻值大都为 50 欧姆．但一般来说，高频放电阻抗为电容性阻抗，且 其值将随气压等放电条件而变化．这就需调节匹配网络 的阻抗和放电阻抗相加合,使加合后的模拟负载的阻抗与 高频发生器输出阻抗相一致，这样就实现匹配了．也就 是说实际上要根据放电条件来调节匹配网络。另外,高频 放电回路的连接,要尽量减少引线电感.
条件下放电频率越高，等离子体密度就越高；
高频放电的优点
• –容易产生大口径等离子体； • –在加有高频(RF)电压的电极上会产生负直流电压
（自给偏压），可加速正离子轰击K电极，也可 用于加工工艺； • –可通过双高频电源方案同时控制离子轰击能量 （自给偏压）和离子通量（等离子体密度）； （一般，放电用高频电压采用较高频率13.56～ 60MHz，控制自给偏压的电极采用较低频率0.5～ 2.0MHz） • –即使绝缘膜堆积在电极上，也可以稳定地维持等 离子体状态
介质阻挡放电
• 金属电极表面伴随二次电子发射同时还有 溅射与沉积等作用，使电极损伤
• 高气压放电
大气压下辉光放电的困难
• 辉光放电的实验表明：若保持电流不变，电流密度：
Jc p2
即：电流通道的横截面积将随着气压的增大而急剧减小 大气压下气体间隙击穿时通常看到的是丝状放电（也称流
注）及其进一步的发展－－电弧放电。为了在高气压下不产 生丝状放电，必须需控制电子雪崩地放大以免它增长过快。
感应耦合等离子体(Inductively couples
plasma, ICP)
– 交变磁场感应电场在等离子体 内部产生涡流
ICP原理及等效电路
– 环绕线圈通13.56MHz高频电流 – 等离子体中的电子受感应电场作
• 在大气压强(105 Pa)下这种气体放电呈现微通道的放 电结构，即通过放电间隙的电流由大量快脉冲电流细 丝组成。
• 电流细丝在放电空间和时间上都是无规则分布的，这 种电流细丝就称为微放电，每个微放电的时间过程都 非常短促，寿命不到10ns，而电流密度却可高达0.1 到1kA／cm2。圆柱状细丝的半径约为0.1mm。在介 质表面上微放电扩散成表面放电，这些表面放电呈明 亮的斑点，其线径约几个毫米。
– 由于A电极接地，其有效面 积大于K电极，形成非对称放 电 – 在只有交流电压的K电极上 会自动生成负直流电压VDC （即自给偏压） – CB的存在，保证了VDC不为 零，VDC<0 – VK(t)=VDC+VRFsinωt – 实质上是鞘层起到类似二级 管的整流作用 – 离子响应慢，受平均电位分 布作用，在自给偏压作用下撞 击K电极
ห้องสมุดไป่ตู้
常见的低温等离子体放电装置
– 静电耦合主要利用静电场成份来加速电子，又称电容耦合放电 – 感应耦合利用感应电场成份，无外加磁场时产生感应耦合放电， 有外加磁场时螺旋波放电 – 电磁波耦合利用电磁波成份为等离子体提供能量，无外加磁场 时耦合方式为表面波放电，有外加磁场时可以产生电子回旋共振 (ECR)放电
几个相关的概念
• 低频—— <1000Hz • 高频—— >10000Hz • 射频—— >300kHz • (30kHz<长波<300kHz) • 阻抗——在给定线路参数的无限长传输线
路上，行波的电压与电流的比值
• 阻抗匹配——
输出、输入阻抗的共轭匹 配
输出阻抗：Ro=X+jY 输入阻抗：RI=X-jY 即要求输出、输入阻抗
实现大气压下辉光放电的可能途径 1. 在大气压下放电：
a.选择低击穿场强的工作气体如氦气、氩气等 b.采用合适的交流电源，实现离子捕获(ion-trapping) 2. 利用外部电路限制电流密度的增长如介质阻挡放电
介质阻挡放电典型结构
介质阻挡放电的基本特征
• 介质阻挡放电可以用频率从50Hz到MHz级的高电压 来启动。
• 直流放电存在的问题
– 电极材料损伤 – 存在电弧放电 – 等离子体密度不易调节
• 工业等离子体应用时等离子体的参数要求
– 温度低 – 密度高 – 覆盖面大
为什么选择交流放电？
• 高频放电或微波放电方法的优点
– 可保持较低的等离子体－电极间电位差 – 有利于提高功率，并提高电子的能量吸收效 –率 – 使低气压下产生高密度等离子体成为可能
等离子体产生技术1
等离子体的生成方法
• 直流放电 • 交流放电
•直流辉光放电 •空心阴阴放电 •直流脉冲放电 •电弧放电 •磁控管放电
•电容耦合放电 •感应耦合放电 •介质阻挡放电 •微波放电 •表面波放电
本讲安排
• 等离子体的生成方法——交流放电
电容耦合放电 感应耦合放电
为什么选择交流放电？
互为共轭复数
Ro
RI
电容耦合等离子体（Capacitively coupled plasma, CCP）
CB：直流隔离电容，M.B.(Matching Box)：匹配器典型参数：压强10～ 1000Pa，电极间距1～5cm，高频功率20～200W，高频频率13.56MHz
自给偏压(Self-bias)
DBD的一些基本原则
1. 介质阻挡材料——玻璃、石英、陶瓷以及聚合物等，有时还采用一些具 有保护涂层或者其他功能涂层如驻极体材料等。
2. 介质阻挡放电驱动电压频率范围为50Hz～10MHz。
3. 放电电压范围为几百伏特到几千伏特。
4. 根据不同的应用背景，放电间隙为0.1mm～几cm。
5. 放电气体可以流动，也可以循环使用，也可静止。
高频放电的功率输入机理
• 外加高频电场对电子的加速作用，电子吸收高频
功率有三种机制：
– 等离子体区域的焦耳加热（α放电，有碰撞）
– 鞘层内二鞘次层电厚子度逸由出高后频被电加压速所（决γ放定电，，若无Vr碰f 一撞定）而改变频
–
由于鞘层率振f荡，产则生鞘的层统边计界加的热移（动费速米度加跟速f成）正比。因此统计 加热的功率正比于频率的平方，所以在Vrf —定的
丝状放电模式
空气(均匀辉光放电)
(高频)交流放电的阻抗匹配 (续)
实际上，为了不使回路中流过较大的高频电流，通常是 把高频发生器的输出阻抗设计城纯电阻的．阻值大都为 50 欧姆．但一般来说，高频放电阻抗为电容性阻抗，且 其值将随气压等放电条件而变化．这就需调节匹配网络 的阻抗和放电阻抗相加合,使加合后的模拟负载的阻抗与 高频发生器输出阻抗相一致，这样就实现匹配了．也就 是说实际上要根据放电条件来调节匹配网络。另外,高频 放电回路的连接,要尽量减少引线电感.
条件下放电频率越高，等离子体密度就越高；
高频放电的优点
• –容易产生大口径等离子体； • –在加有高频(RF)电压的电极上会产生负直流电压
（自给偏压），可加速正离子轰击K电极，也可 用于加工工艺； • –可通过双高频电源方案同时控制离子轰击能量 （自给偏压）和离子通量（等离子体密度）； （一般，放电用高频电压采用较高频率13.56～ 60MHz，控制自给偏压的电极采用较低频率0.5～ 2.0MHz） • –即使绝缘膜堆积在电极上，也可以稳定地维持等 离子体状态
介质阻挡放电
• 金属电极表面伴随二次电子发射同时还有 溅射与沉积等作用，使电极损伤
• 高气压放电
大气压下辉光放电的困难
• 辉光放电的实验表明：若保持电流不变，电流密度：
Jc p2
即：电流通道的横截面积将随着气压的增大而急剧减小 大气压下气体间隙击穿时通常看到的是丝状放电（也称流
注）及其进一步的发展－－电弧放电。为了在高气压下不产 生丝状放电，必须需控制电子雪崩地放大以免它增长过快。
感应耦合等离子体(Inductively couples
plasma, ICP)
– 交变磁场感应电场在等离子体 内部产生涡流
ICP原理及等效电路
– 环绕线圈通13.56MHz高频电流 – 等离子体中的电子受感应电场作
• 在大气压强(105 Pa)下这种气体放电呈现微通道的放 电结构，即通过放电间隙的电流由大量快脉冲电流细 丝组成。
• 电流细丝在放电空间和时间上都是无规则分布的，这 种电流细丝就称为微放电，每个微放电的时间过程都 非常短促，寿命不到10ns，而电流密度却可高达0.1 到1kA／cm2。圆柱状细丝的半径约为0.1mm。在介 质表面上微放电扩散成表面放电，这些表面放电呈明 亮的斑点，其线径约几个毫米。
– 由于A电极接地，其有效面 积大于K电极，形成非对称放 电 – 在只有交流电压的K电极上 会自动生成负直流电压VDC （即自给偏压） – CB的存在，保证了VDC不为 零，VDC<0 – VK(t)=VDC+VRFsinωt – 实质上是鞘层起到类似二级 管的整流作用 – 离子响应慢，受平均电位分 布作用，在自给偏压作用下撞 击K电极
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常见的低温等离子体放电装置
– 静电耦合主要利用静电场成份来加速电子，又称电容耦合放电 – 感应耦合利用感应电场成份，无外加磁场时产生感应耦合放电， 有外加磁场时螺旋波放电 – 电磁波耦合利用电磁波成份为等离子体提供能量，无外加磁场 时耦合方式为表面波放电，有外加磁场时可以产生电子回旋共振 (ECR)放电
几个相关的概念
• 低频—— <1000Hz • 高频—— >10000Hz • 射频—— >300kHz • (30kHz<长波<300kHz) • 阻抗——在给定线路参数的无限长传输线
路上，行波的电压与电流的比值
• 阻抗匹配——
输出、输入阻抗的共轭匹 配
输出阻抗：Ro=X+jY 输入阻抗：RI=X-jY 即要求输出、输入阻抗
实现大气压下辉光放电的可能途径 1. 在大气压下放电：
a.选择低击穿场强的工作气体如氦气、氩气等 b.采用合适的交流电源，实现离子捕获(ion-trapping) 2. 利用外部电路限制电流密度的增长如介质阻挡放电
介质阻挡放电典型结构
介质阻挡放电的基本特征
• 介质阻挡放电可以用频率从50Hz到MHz级的高电压 来启动。
• 直流放电存在的问题
– 电极材料损伤 – 存在电弧放电 – 等离子体密度不易调节
• 工业等离子体应用时等离子体的参数要求
– 温度低 – 密度高 – 覆盖面大
为什么选择交流放电？
• 高频放电或微波放电方法的优点
– 可保持较低的等离子体－电极间电位差 – 有利于提高功率，并提高电子的能量吸收效 –率 – 使低气压下产生高密度等离子体成为可能
等离子体产生技术1
等离子体的生成方法
• 直流放电 • 交流放电
•直流辉光放电 •空心阴阴放电 •直流脉冲放电 •电弧放电 •磁控管放电
•电容耦合放电 •感应耦合放电 •介质阻挡放电 •微波放电 •表面波放电
本讲安排
• 等离子体的生成方法——交流放电
电容耦合放电 感应耦合放电
为什么选择交流放电？
互为共轭复数
Ro
RI
电容耦合等离子体（Capacitively coupled plasma, CCP）
CB：直流隔离电容，M.B.(Matching Box)：匹配器典型参数：压强10～ 1000Pa，电极间距1～5cm，高频功率20～200W，高频频率13.56MHz
自给偏压(Self-bias)
DBD的一些基本原则
1. 介质阻挡材料——玻璃、石英、陶瓷以及聚合物等，有时还采用一些具 有保护涂层或者其他功能涂层如驻极体材料等。
2. 介质阻挡放电驱动电压频率范围为50Hz～10MHz。
3. 放电电压范围为几百伏特到几千伏特。
4. 根据不同的应用背景，放电间隙为0.1mm～几cm。
5. 放电气体可以流动，也可以循环使用，也可静止。
高频放电的功率输入机理
• 外加高频电场对电子的加速作用，电子吸收高频
功率有三种机制：
– 等离子体区域的焦耳加热（α放电，有碰撞）
– 鞘层内二鞘次层电厚子度逸由出高后频被电加压速所（决γ放定电，，若无Vr碰f 一撞定）而改变频
–
由于鞘层率振f荡，产则生鞘的层统边计界加的热移（动费速米度加跟速f成）正比。因此统计 加热的功率正比于频率的平方，所以在Vrf —定的