基于二维PIC-DSMC的微间隙气体放电等离子体演化过程研究-电子器件.PDF

第39卷 第5期 电 子 器 件 Vol39 No.5 2016年10月 ChineseJournalofElectronDevices Oct. 2016 StudyonPlasmaEvolutioninMicroscaleGasDischarge BasedonTwoDimensionPIC-DSMCCode* * XUAo ，SHANGShaohuan，JINDazhi，TANXiaohua （InstituteofElectronicEngineering，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，MianyangSichun621900，China） Abstract：Itishelpfultoexactlyunderstandingnon-equilibriumplasmaevolutioninmicroscalegasdischargeforde⁃ signinggasswitch，microelectronicsandotherplasmadevice.Thegasdischargeinmicroscalegapsizeunderoneat⁃ mosphericpressureofN environmentissimulatedbyaPIC-DSMCcode.Thekineticevolutionprocessofelectron 2 andionsinthisgasdischargeispresented，andthedistributionofelectrondensityandiondensityvariedwithdis⁃ chargetimeisobtained.Then，theformationandchangeoftheelectroncloudnearanode，thesheathnearcathode， andthedistributionofvelociyandtemperturearediscussed.Finally，thesimulationresultiscomparedwithPaschen curveandexperimentdata.Itcanprovidetheoretichelpforfurherdevelopmentofplasmadevice. Keywords：discharge；PIC；DSMC；plasma EEACC：2315 doi：10.3969/j.issn.1005-9490.2016.05.001 基于二维PIC-DSMC的微间隙气体放电 等离子体演化过程研究* * 徐 翱 ，尚绍环，金大志，谈效华 （中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳621900） 摘 要：准确的理解微间隙气体放电中非平衡等离子随时间的演化过程对于设计气体开关、微电子及其它等离子体器件有 着非常大的帮助。通过二维PIC-DSMC耦合算法模拟了一个大气压氮气环境下微间隙平板电极发生气体放电时电子及离子 的运动演化过程，得到了气体放电过程中平板电极间电子和离子数密度分布随时间变化的趋势，讨论了阳极附近电子云的形 成与演变、阴极附近存在的鞘层以及电子和离子的速度及温度分布，最后将模拟计算得到的击穿电压与帕邢曲线及相关实验 结果进行了对比，为相关等离子体器件的进一步发展提供了理论基础。 关键词：放电；网格质点法；直接模拟蒙特卡罗法；等离子体 中图分类号：O461.1 文献标识码：A 文章编号：1005-9490（2016）05-1025-06 随着近些年来等离子体计算模型及诊断技术 数值模拟，并将计算得到的击穿电压与实验结果 的不断发展，直流或脉冲条件下的微间距气体或 进行了比较