[发明专利]一种适用于单、双频驱动大气压介质阻挡弥散放电电学特性等效电路的计算方法

说明书

本发明公开了一种可适用于单、双频驱动大气压介质阻挡弥散放电电学特性等效电路及其计算方法。步骤1：利用权利要求1所述等效电路及李萨如图形，计算单频放电，其频率范围为kHz～MHz的放电电流、气隙电压、介质电压、放电的瞬时功率、耦合能量以及电荷通过放电气隙的输运；步骤2：基于步骤1的单频放电计算，通过两个频率的线性叠加，滤波后计算得到双频放电的频率范围为kHz～MHz的放电电流、气隙电压、介质电压、放电的瞬时功率、耦合能量以及电荷通过放电气隙的输运。本发明解决现有双频驱动大气压介质阻挡弥散放电等离子体放电过程中对于放电电学参量，如放电电流、气隙电压、介质电压、累积电荷测量精确度低、干扰性大、对环境要求较高、成本相对昂贵等一系列问题。

技术领域

本发明涉及电学特性等效电路领域，具体涉及一种适用于单、双频驱动大气压介质阻挡弥散放电电学特性等效电路的计算方法。

背景技术

大气压介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge,DBD)是在室温常压下产生高密度等离子体的一种重要方式。以其独特的技术优势，如所产生的等离子体密度高、宏观温度低、富含多种类活性粒子等，被广泛应用于能源化工、资源环境、生物医学、农业食品、空天及轨道交通等高新技术、先进制造领域，目前已成为国际上先进技术研究的热点之一，与高新技术、产业应用、重大需求紧密关联。

例如在特种/精密材料学科中，通常采用等离子体物理气相沉积(PVD)和增强化学气相沉积(PECVD)及等大气压介质阻挡辉光放电等离子体离子注入(APGD-SII)等技术来制备光电、微电子、耐蚀耐磨及超硬等新型多功能薄膜材料；在化工工业中，采用大气压介质阻挡放电等离子聚合技术，可以印刷和设备出高分子薄膜材料；在微电子工业中的应用更加引人瞩目，目前微电子工业的全球销售额已达几千亿美元，其中三分之一以上微电子器件设备是采用低温等离子体技术生产的；在超大规模集成电路的生产工艺中，等离子体刻蚀技术可以实现高刻速率、高纵横比、高选择比、微观不均匀性小和低能量操作的刻蚀过程；在沉积无缺陷、附着力大的微电子薄膜材料以及微小器件晶片的清洗方面也显示出了巨大的优势。可以说，大气压介质阻挡放电等离子体已与现代高新科技的发展紧密联系在一起，因而对大气压介质阻挡放电等离子体的放电过程及放电参数指标的研究也变得尤为重要。

大气压介质阻挡放电可在较宽的驱动频率下工作(kHz到～MHz)，这就决定了大气压介质阻挡放电在不同的工作条件下会呈现出不同的工作状态。此外，尽管对于大气压介质阻挡放电的研究已取得了诸多突出的成果，但对于目前常用的单频驱动而言，所产生的等离子体参数间解耦困难，为此基于双频源共同驱动的方法目前已成为一种可实行的等离子体参数调控方法。同时带来的问题的，大气压介质阻挡放电过程中存在着多变的非线性行为，使得原本就复杂的参数诊断方法及参数测试过程由于双频的引入而变得更为困难，使得人们常常无法对所放电过程的能量输运、放电模式进行直接测量，而只能借助通过放电等离子体的伏安特性及阻抗特性等间接地反演上述过程及参数。目前，较为常用的诊断技术主要包括探针诊断法、微波干涉诊断法、激光差拍法、光谱质谱诊断法等。当等离子体中包含波动、振荡和波时，探针方法的应用非常困难，有时甚至不能应用探针方法，且探针表面的杂技可能污染等离子体，这将使等离子体的I-V特性曲线发生变形，严重影响测量结果；微波法对等离子体的空间响应较差，动态范围较小；激光法为了能够测出散射信号而且有较小的统计误差必须采用大功率巨脉冲激光器作光源，采用灵敏度高、信噪比大、时间响应快的光探测器作接受器，不仅操作不便，且成本大大增加；光谱质谱极其复杂，较难精确解释，甚至在用作等离子体刻蚀工艺终点探测的分子谱线，有时并不清楚其来源，且其光学窗口上薄膜沉积或刻蚀能够大大改变或减弱光谱的信号。

发明内容

本发明提供一种适用于单、双频驱动大气压介质阻挡弥散放电电学特性等效电路及其计算方法，解决现有双频驱动大气压介质阻挡弥散放电等离子体放电过程中对于放电电学参量，如放电电流、气隙电压、介质电压、累积电荷测量精确度低、干扰性大、对环境要求较高、成本相对昂贵等一系列问题。

本发明通过以下技术方案实现：