[发明专利]一种持续辉光放电仿真模型的构建方法、仿真方法

权利要求书

1.一种持续辉光放电仿真模型的构建方法，其特征在于，包括步骤：确定放电体系中参与放电的粒子；其中，所述粒子包括离子，中性粒子，冷电子和热电子中的一种或多种；

计算放电区域温度，并根据所述放电区域的温度获得中性粒子的扩散通量；和/或计算热电子溢出项，并根据所述热电子溢出项获得热电子平衡方程；

根据所述中性粒子的扩散通量和/或所述热电子平衡方程获得所述仿真模型；

所述根据所述放电区温度获得中性粒子的扩散通量，包括：

根据所述放电区域温度计算中性粒子平均速度；

根据所述中性粒子平均速度得到中性粒子的扩散通量；

所述中性粒子平均速度为：

，

其中，为放电区域温度，e为单位电荷量，π为圆周率，为背景气体原子的相对原子质量；

所述中性粒子的扩散通量为：

，

，

其中，和分别为放电区域外和放电区域内的背景气体原子的浓度，为放电区域外向内扩散的背景气体原子速度，为放电区域激发态背景气体原子浓度。

2.根据权利要求1所述的持续辉光放电仿真模型的构建方法，其特征在于，所述计算放电区域温度，包括：

通过三维传热场模型计算不同功率下放电区域温度。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的持续辉光放电仿真模型的构建方法，其特征在于，所述热电子溢出项为：

，

其中，为放电区域表面积，为离化区域与靶的接触面积，为放电区域体积，扩散通量为：

，

其中，为电子Bohm扩散系数，R为半圆环放电区域半径，为放电区域边缘热电子浓度，为预鞘层压降，为热电子温度；

所述电子Bohm扩散系数为：

，

其中，，为热电子温度，为靶面鞘层压降，为霍尔系数，为电子的温度，B为靶面切向磁场；

所述热电子平衡方程为：

，

其中，为放电区域热电子浓度，t为时间，d表示微分，为电源提供的阴极电压，为二次电流，为热电子与所有中性原子非弹性碰撞的能量损失。

4.根据权利要求1所述的持续辉光放电仿真模型的构建方法，其特征在于，所述确定放电体系中参与放电的粒子，包括：

根据所进行放电的阴极材料、背景气体元素确定放电体系中参与放电的粒子。

5.根据权利要求4所述的持续辉光放电仿真模型的构建方法，其特征在于，所述根据所述中性粒子的扩散通量和/或所述热电子平衡方程获得所述仿真模型，包括：

确定参与放电粒子的反应系数，溅射系数以及在电场磁场作用下带电粒子运动相关系数；

根据所述反应系数，所述溅射系数，所述带电粒子运动相关系数、以所述中性粒子的扩散通量修正得到的中性粒子平衡方程，组建所有组分的粒子平衡方程组，联立求解可得出所有组分的浓度随时间的变化趋势；

通过各粒子的浓度得到计算电流，当计算电流与实际电流不匹配时，调整霍尔系数，并继续求解所有组分的粒子平衡方程，直至计算电流与实际电流完全匹配为止。

6.一种持续辉光放电仿真方法，其特征在于，包括步骤：

获取低功率放电电流电压数据，并根据低功率放电电流电压数据得到所实施放电的阴极的伏安特性曲线；其中，所述伏安特性曲线包括：高功率直流放电电流电压；

将所述高功率直流放电电流电压输入仿真模型得到等离子体放电特性；其中，所述仿真模型采用如权利要求1-5任意一项所述方法得到。

7.根据权利要求6所述的持续辉光放电仿真方法，其特征在于，所述根据低功率放电电流电压数据得到所实施放电的阴极的伏安特性曲线，包括：

通过磁控溅射放电伏安特性方程函数对低功率放电电流电压数据进行拟合得到所实施放电的阴极的伏安特性曲线。

8.根据权利要求7所述的持续辉光放电仿真方法，其特征在于，所述磁控溅射放电伏安特性方程函数为：

，

其中，J为电流密度，β'为放电系统的气体常数，V为电压，为起辉电压。