低溫等離子體：原理與應(yīng)用

目錄
前言
**部分　等離子體物理基礎(chǔ)
第1章　等離子體基礎(chǔ)知識(shí)3
1.1　等離子體的概念3
1.2　等離子體的基本參數(shù)和分類4
1.2.1　等離子體密度和電離度4
1.2.2　電子溫度和離子溫度4
1.3　等離子體的一般性質(zhì)6
1.3.1　等離子體的準(zhǔn)電中性6
1.3.2　德拜屏蔽和德拜長(zhǎng)度6
1.3.3　朗繆爾振蕩和等離子體頻率8
1.3.4　等離子體參量和等離子體判據(jù)9
1.4　等離子體鞘10
1.4.1　鞘的形成10
1.4.2　穩(wěn)定離子鞘的判據(jù)12
1.4.3　蔡爾德-朗繆爾定律14
1.5　等離子體電導(dǎo)和介電常數(shù)17
1.5.1　穩(wěn)態(tài)電導(dǎo)17
1.5.2　高頻電導(dǎo)和介電常數(shù)18
1.5.3　復(fù)電導(dǎo)和復(fù)介電常數(shù)18
1.5.4　磁化等離子體的介電張量20
1.5.5　等離子體中的波和色散關(guān)系22
第2章　等離子體輸運(yùn)過(guò)程23
2.1　碰撞的基本規(guī)律23
2.1.1　彈性碰撞與非彈性碰撞23
2.1.2　平均自由程25
2.1.3　碰撞截面27
2.1.4　微分碰撞截面27
2.2　熱運(yùn)動(dòng)27
2.2.1　平均能量和速率分布28
2.2.2　雜散電流密度29
2.3　遷移運(yùn)動(dòng)29
2.3.1　電子的遷移29
2.3.2　離子的遷移31
2.4　擴(kuò)散33
2.4.1　連續(xù)性方程和擴(kuò)散系數(shù)33
2.4.2　愛因斯坦關(guān)系33
2.4.3　縱向擴(kuò)散和橫向擴(kuò)散34
2.5　雙極擴(kuò)散34
2.6　有磁場(chǎng)的電荷運(yùn)動(dòng)36
2.6.1　磁回旋36
2.6.2　有磁場(chǎng)的遷移36
2.6.3　有磁場(chǎng)的擴(kuò)散37
2.6.4　有磁場(chǎng)的雙極擴(kuò)散39
2.6.5　磁場(chǎng)非均勻性的影響39
第3章　等離子體基元過(guò)程43
3.1　電離43
3.1.1　電子碰撞電離43
3.1.2　激發(fā)態(tài)粒子電離和彭寧效應(yīng)45
3.1.3　光電離45
3.1.4　合成電離46
3.1.5　熱電離46
3.2　激發(fā)46
3.3　電荷轉(zhuǎn)移47
3.4　電荷的消失47
3.4.1　離子復(fù)合47
3.4.2　電荷擴(kuò)散48
3.5　負(fù)離子的產(chǎn)生和消失49
3.6　等離子體輻射51
3.6.1　等離子體輻射的主要形式51
3.6.2　譜線增寬54
第4章　等離子體描述和模擬56
4.1　基于微觀運(yùn)動(dòng)的粒子描述56
4.2　基于統(tǒng)計(jì)力學(xué)的動(dòng)理學(xué)描述57
4.2.1　分布函數(shù)57
4.2.2　玻爾茲曼方程58
4.2.3　宏觀量58
4.2.4　熱平衡分布及宏觀量60
4.3　基于宏觀量的流體描述64
4.4　流體模擬方法66
4.5　PIC模擬方法70
第5章　低溫等離子體診斷80
5.1　等離子體診斷概述80
5.1.1　診斷對(duì)象80
5.1.2　主要診斷方法81
5.1.3　診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)82
5.1.4　數(shù)據(jù)采集與誤差分析84
5.2　放電參數(shù)診斷86
5.2.1　電壓與電場(chǎng)86
5.2.2　電流與磁場(chǎng)91
5.3　探針診斷92
5.3.1　探針的概念92
5.3.2　朗繆爾探針94
5.3.3　其他探針99
5.4　輻射測(cè)量102
5.4.1　基本概念102
5.4.2　紅外光測(cè)量102
5.4.3　可見光測(cè)量103
5.4.4　紫外光測(cè)量107
5.4.5　X射線和γ射線測(cè)量109
5.4.6　高速攝影110
5.5　光譜診斷113
5.5.1　發(fā)射光譜113
5.5.2　吸收光譜117
5.5.3　激光誘導(dǎo)熒光光譜118
5.5.4　光腔衰蕩光譜120
5.5.5　碰撞輻射模型121
5.6　激光診斷與微波診斷124
5.6.1　激光診斷技術(shù)124
5.6.2　微波診斷技術(shù)129
第二部分　氣體放電理論
第6章　湯森放電理論137
6.1　電子崩和湯森電離系數(shù)137
6.1.1　湯森**電離系數(shù)——a系數(shù)137
6.1.2　湯森第二電離系數(shù)——B系數(shù)139
6.1.3　湯森第三電離系數(shù)——y系數(shù)139
6.2　湯森判據(jù)139
6.3　帕邢定律140
6.4　氣體放電的相似定律142
6.5　電負(fù)性氣體的擊穿144
6.6　帕邢*線的適用條件和偏離145
6.6.1　有限電極145
6.6.2　微電極間隙146
6.6.3　非均勻電場(chǎng)146
6.7　放電的發(fā)展和穩(wěn)定：羅戈夫斯基理論146
6.7.1　空間電荷對(duì)放電的影響146
6.7.2　自持放電的穩(wěn)定過(guò)程148
6.8　湯森放電理論的局限性148
第7章　流注放電理論150
7.1　流注放電理論的定性說(shuō)明150
7.2　雷特判據(jù)和米克判據(jù)151
7.2.1　雷特判據(jù)151
7.2.2　米克判據(jù)153
7.3　流注擊穿的一般公式155
7.4　流注形成的概率157
7.5　湯森放電與流注擊穿之間的過(guò)渡159
第8章　高頻放電理論161
8.1　電場(chǎng)頻率對(duì)氣體擊穿的影響161
8.2　遷移決定的擊穿164
8.3　擴(kuò)散決定的擊穿165
8.4　高頻電場(chǎng)的電離增強(qiáng)效應(yīng)166
第三部分　典型的低溫等離子體產(chǎn)生形式
第9章　直流輝光放電和湯森放電171
9.1　正常輝光放電的基本特征和分區(qū)171
9.1.1　陰極區(qū)171
9.1.2　過(guò)渡區(qū)172
9.1.3　正柱區(qū)173
9.1.4　陽(yáng)極區(qū)174
9.2　穩(wěn)定陰極位降區(qū)分析175
9.2.1　伏安特性175
9.2.2　陰極位降和電流密度177
9.2.3　正常輝光放電電流密度的穩(wěn)定機(jī)制179
9.3　過(guò)渡區(qū)分析180
9.4　正柱區(qū)分析181
9.4.1　帶電粒子的徑向分布182
9.4.2　電子溫度183
9.4.3　軸向電場(chǎng)強(qiáng)度184
9.4.4　放電電流對(duì)電子溫度和電場(chǎng)強(qiáng)度的影響185
9.4.5　徑向電場(chǎng)分布187
9.5　湯森暗放電188
9.5.1　電流和電荷分布189
9.5.2　電場(chǎng)分布190
9.5.3　湯森暗放電的電流極限191
9.6　穩(wěn)定輝光放電和湯森放電的形成過(guò)程191
9.6.1　輝光放電的形成過(guò)程191
9.6.2　湯森放電的形成過(guò)程193
9.6.3　亞輝光放電和脈沖放電195
9.7　輝光放電的不穩(wěn)定性195
9.7.1　不穩(wěn)定性的一般機(jī)制195
9.7.2　條紋現(xiàn)象199
9.7.3　放電通道收縮和自組織205
9.8　幾種非正常輝光放電205
第10章　空心陰極放電207
10.1　空心陰極放電的基本結(jié)構(gòu)和形成207
10.2　空心陰極放電的特征210
10.2.1　腔內(nèi)電位和電場(chǎng)分布210
10.2.2　負(fù)輝區(qū)的電子能量分布210
10.2.3　陰極濺射211
10.3　空心陰極放電的產(chǎn)生條件211
10.4　空心陰極放電的模式轉(zhuǎn)換212
10.4.1　空心陰極放電的啟動(dòng)212
10.4.2　伏安特性*線212
10.4.3　HCD的實(shí)現(xiàn)方式214
10.5　增強(qiáng)空心陰極放電215
10.6　微空心陰極放電216
第11章　電弧放電218
11.1　電弧放電的特點(diǎn)和類型218
11.1.1　電弧放電的特點(diǎn)218
11.1.2　電弧放電的分類221
11.1.3　幾點(diǎn)問(wèn)題221
11.2　電弧放電的結(jié)構(gòu)與特性222
11.2.1　電弧放電的結(jié)構(gòu)222
11.2.2　陰極區(qū)物理過(guò)程與特性223
11.2.3　陽(yáng)極區(qū)物理過(guò)程與特性226
11.2.4　正柱區(qū)物理過(guò)程與特性227
11.3　電弧放電的電極電位分布和伏安特性230
11.3.1　電位分布230
11.3.2　伏安特性231
11.4　電弧放電的啟動(dòng)、穩(wěn)定燃燒與熄滅233
11.4.1　電弧放電的啟動(dòng)233
11.4.2　電弧放電的穩(wěn)定燃燒234
11.4.3　電弧放電的熄滅234
11.5　不同氣壓電弧放電的特點(diǎn)235
11.5.1　真空電弧放電(p<>
11.5.2　低氣壓電弧放電(7.5mTorrp<>
11.5.3　高氣壓電弧放電(76Torrp760Torr)236
11.5.4　超高氣壓電弧放電(p>760Torr)237
第12章　電暈放電238
12.1　電暈放電的基本結(jié)構(gòu)和擊穿特性238
12.1.1　電極結(jié)構(gòu)238
12.1.2　電暈擊穿239
12.1.3　極性效應(yīng)240
12.1.4　擊穿時(shí)延241
12.2　穩(wěn)定電暈及伏安特性242
12.2.1　穩(wěn)態(tài)電暈的離子和電場(chǎng)分布242
12.2.2　穩(wěn)態(tài)電暈的伏安特性244
12.2.3　穩(wěn)定電暈的閾值條件245
12.3　電暈離子風(fēng)246
12.4　電暈放電的模式轉(zhuǎn)換249
12.4.1　伏安特性249
12.4.2　電暈放電的模式轉(zhuǎn)換過(guò)程251
12.5　特里切爾脈沖254
12.5.1　特里切爾脈沖的特征254
12.5.2　特里切爾脈沖的形成過(guò)程和機(jī)理256
12.5.3　特里切爾脈沖的電磁輻射特性265
12.5.4　一般電暈放電的電磁輻射265
第13章　介質(zhì)阻擋放電267
13.1　DBD的基本結(jié)構(gòu)和原理267
13.2　輝光DBD270
13.2.1　對(duì)面型DBD270
13.2.2　共面型DBD277
13.2.3　沿面型DBD279
13.2.4　基于DBD的等離子體射流282
13.3　流注DBD285
13.4　DBD的模式轉(zhuǎn)換286
13.5　DBD的非線性現(xiàn)象291
13.5.1　條紋291
13.5.2　自組織斑圖295
13.5.3　時(shí)間混沌和分岔300
第14章　射頻放電313
14.1　電容耦合射頻放電314
14.1.1　電容耦合等離子體中場(chǎng)的一般特征314
14.1.2　恒定離子密度模型317
14.1.3　等效電路320
14.1.4　其他特性324
14.2　電感耦合射頻放電327
14.2.1　電感耦合等離子體中場(chǎng)的一般特征328
14.2.2　系統(tǒng)總阻抗與等離子體阻抗332
14.2.3　電感耦合等離子體的變壓器模型335
14.3　螺旋波放電336
14.3.1　螺旋波及裝置介紹337
14.3.2　無(wú)限大磁化等離子體中射頻波的傳播338
14.3.3　圓柱等離子體中螺旋波340
14.3.4　其他問(wèn)題341
第15章　微波放電344
15.1　微波產(chǎn)生的等離子體344
15.2　等離子體中的微波傳播345
15.3　電子回旋共振等離子體源347
第四部分　低溫等離子體應(yīng)用技術(shù)
第16章　低溫等離子體表面工程技術(shù)355
16.1　低溫等