脉冲偏压上升沿特性对等离子体浸没离子注入.PDF

3 2 Π Π Π 2 ν 1 - 2 2 第 56 卷 第 8 期 2007 年 8 月 物 　理　学　报 Vol. 56 ,No. 8 ,August ,2007 1000 3290 2007 56(08) 4762 09 ACTA PHYSICA SINICA 2007 Chin. Phys. Soc. 脉冲偏压上升沿特性对等离子体浸没离子注入 鞘层扩展动力学的影响 黄永宪1) 　田修波1) 2) 　杨士勤1) 2) 　Fu Ricky3) 　Chu K. Paul3) 1) (哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室 ,哈尔滨 　150001) 2) (深圳市复合材料重点实验室 ,深圳国际技术创新研究院 ,深圳 　518057) 3 3) (香港城市大学物理及材料科学系 ,香港九龙) - 2 1 (2006 年 11 月 27 日收到 ;2007 年 4 月 6 日收到修改稿) 　　等离子体浸没离子注入 (PIII) 是用于材料表面改性的一种廉价高效 、非视线的技术. 采用等离子体粒子模型 , 通过假设电子密度服从 Boltzmann 分布 ,求解 Poisson 方程和 Newton 方程 ,跟踪离子在等离子体鞘层中的运动形态及 特性并进行统计分析 ,研究了不同上升速率和形状的 6 种波形上升沿对鞘层时空演化 、离子注入能量和剂量的影 响. 结果表明 ,在 PIII 过程中 ,脉冲上升沿影响了等离子体鞘层的扩展 ,且不同波形诱导的鞘层厚度间存在最大差 值. 电场强度在鞘层的外边缘区域存在陡降区 ,离子的运动为非匀加速过程. 可以通过调整脉冲波形上升沿特性实 现离子注入能量和剂量的优化 ,数值仿真可以有效地为电源设计和工艺优化提供依据. 关键词 : 等离子体浸没离子注入 , 鞘层 , 粒子模型 , 上升沿 PACC: 5240K, 6120J 学有着较大的影响 ,因此受到了重视. Stewart 等[12] 1 引 言 从理论上研究了梯形脉冲电压上升沿阶段的等离子 体鞘层扩展规律. Sheridan 等[13] 利用流体碰撞模型 等离子体浸没离子注入 (PIII) 技术克服了传统 及无碰撞粒子 (particle in cell ,简记为 PIC) 模型研究 离子注入束线性等缺陷的限制 ,可以对形状复杂的 了在具有上升沿