（等离子体物理专业论文）尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用.pdf

尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 第一章引言 尘埃等离子体由电子、离子和大质量强带电的尘埃颗粒组成。尘埃等离子体 广泛存在于宇宙空间中，例如星际空间、太阳系中，地球电离层以及彗星和行星 环中；尘埃粒子也存在于实验室等离子体和工业加工等离子体中。尘埃等离子体 物理真正作为个分支学科的历史仅有半个世纪左右。近十年尘埃等离子体物理 成为等离子体物理中的一个重要前沿分支领域。研究天体形成的天文学家、应用 物理学家和从事半导体芯片生产研究的工程师都在从事尘埃等离子体研究；同时 尘埃等离子体物理又将在环境保护、气象预报以及新材料制各等领域得到应用。 1 1 尘埃等离子体简介 尘埃等离子体是由电子、离子和中性原子组成的等离子体以及“浸”在其中 的尘埃粒子组成的体系。尘埃粒子的可能质量范围大约为_ | ，2 。( 1 0 一1 0 “5 ) g 尘埃粒子大小的可能范围从几个纳米到几十微米。在等离子体中，这些尘埃粒子 因与电子、离子碰撞而携带负电荷，携带的电荷范围大约为z 。( 1 0 3 1 05 ) p 。 这样大范围的空间和时间尺度以及带电量，使得尘埃等离子体问题的研究比较复 杂。尘埃粒子出现在等离子体环境中不但要受到等离子体以及电磁场力的作用 还要显著地改变等离子体的许多性质。 尘埃等离子体有三个最基本和最重要的性质： 尘埃颗粒所带的电荷是可变的，它由尘埃粒子本身的特性( 前一时刻的带 电情况) 和它周围等离子体的性质( 如电子离子充电电流、二次电子发射、光电 发射、尘埃粒子的速度等) 有关，同时等离子体中电荷密度扰动、温度扰动，以 及一些外界环境条件的改变都可以改变尘埃颗粒的带电。 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 尘埃粒子荷电的可变性使它所受的电场力发生改变，进而影响尘埃粒子的动 力学特性；同时它也会产生各种不稳定性和影响尘埃等离子体中波的传播。 “浸”在等离子体中尘埃粒子会受到屏蔽作用，即由等离子体形成尘埃粒 子的屏蔽云。 与等离子体中的其他荷电粒子相比，尘埃粒子具有大质量、大电荷。其 荷质比远远小于电子和离子，因此它的运动特性与这些带电粒子也很不相同。研 究尘埃粒子的运动，通常要考虑重力、电磁力、离子拖拽力和温度梯度力等。 尘埃粒子的这些特性使尘埃等离子体的集体效应表现出一些“非常”的特性。 一是尘埃粒子产生的集体效应并非“短期”现象，也就是说尘埃粒子是一个非常 有效的集体效应激发源。这是因为尘埃粒子产生的集体效应( 如不稳定性等) 对 尘埃粒子本身的反作用非常小，因此它的作用决不只限于临近它的一些集体过 程。另一个特点是强的非线性效应。 1 2 尘埃等离子体物理的研究进展 人们对尘埃等离子体的认识最早源于天体物理。宇宙空间中彗星的尾部、星 环、星际物质、电离层等都存在尘埃等离子体。在太阳系中，人们已探测各种形 态和各种来源的尘埃粒子，如空间物质的碎片、陨石微粒、月球的抛射物和人类 对空间的“污染物”等。有关尘埃等离子体的最早报道是在1 8 6 3 年卡希尼对“黄 道光的描述和解释【1 o 早期的研究首先表现在空间等离子体物理中，尘埃粒子在行星的形成中起着 重要的作用。研究认为早期太阳星云的演化很可能经历过尘埃等离子体状态。空 间飞船的探测证实，土星、火星的光环是由各种大小的尘埃粒子组成。其次表现 尘埃粒子与射频筹离子体鞘层相互作用的研究 在个体尘埃粒子带电的研究上，例如人造飞船的带电等。空间尘埃等离子体物理 的一个快速发展是在八十年代初期。由于旅行者号飞船在土星环中发现了奇特的 轮辐结构( r a d i a ls p o k e s ) 【2 】，人们无法仅根据引力理论来解释这种现象。从那时 起，随着在实验上验证了尘埃粒子带电的基本物理特性的诸多方面以及对孤立带 电的尘埃粒子在引力和静电力共同作用下在行星或彗星的电离层中的运动的研 究，人们更好地了解了尘埃粒子在这些环境中的轨道演化和空间分布，并使这个 领域进入快速的发展阶段。 尘埃等离子体的早期研究工作主要考虑的是等离子体中孤立尘埃粒子的有 关物理过程。包括尘粒的充电机制、静电屏蔽、尘粒电荷的极性转换、尘埃电荷 对尘埃破裂和凝结的影响、运动的带电尘埃粒子在等离子体中的动力学过程。 到了八十年代后期，人们的研究重点由空间等离子体转向实验室等离子体。 实验室等离子体与空间等离子体相比有两点明显不同：首先，实验室等离子体的 密度更高( 1 0 ”1 0 ”蝴。3 ) ；其次，尘埃粒子的密度更大( 1 0 5 1 0 8 c m 。) 。因此人 们对实验室等离子体的研究投入了极大的关注。通过对尘埃等离予体集体模式的 研究，发现这些带电尘埃粒子能吸收电子或电子的能量，它们的加入大大改变了 原来等离子体的集体特性。这些还未揭示的带电粒子的产生模式、输运特性及由 此产生许多新模式的波以及与空间环境有关的不稳定性为等离子体物理学家提 供了广阔的研究领域。而且也刺激了实验室中的研究工作。 1 2 ，1 尘埃等离子体中的粒子输运 等离子体刻蚀、溅射及镀膜技术已成为微电子工业生产的关键技术。近几年 来，研究工业等离子体的科技人员发现在用低气压放电等离子体装置进行沉积或 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 刻蚀的加工过程中，会有微小颗粒形成、生长或者从真空壁上释放，它们悬浮在 基片上方，接近等离子体鞘层边界处。在等离子体放电熄火的瞬间，等离子体鞘 层消失，这些尘埃会落到基片上，造成不合格产品。s e l w y n e ta l l 3 j 报道：半导体 材料生产中5 0 的损失来源于在等离子体刻蚀及喷镀工艺中的尘埃粒子污染。如 果一旦所采用的等离子体中形成了尘埃颗粒，则粒子的输运特性对工件基片表面 的污染起了决定性作用。因此为了达到控制及避免污染的目的，我们必须研究尘 埃等离子体中的粒子输运。 1 9 8 5 年，r o t h 和s p e a r 等人4 j 首先利用了激光散射法在射频( r f ) 放电中观测 到尘埃粒子聚集在等离子体鞘层边界附近。s e l w y n e ta l 3 1 利用v i d e ol a s e r s c a n n i n g 方法也观察到此现象。g r a v e s e ta l 【5 1 和w a t a n a b ee ta l l 6 1 证实，在d c 和 r f 放电中，尘埃粒子聚集在等离子体鞘层的边界附近。同时s e l w y n e ta l 3 】指出 尘埃粒子带负电。n o w l i n 和c a r l i l e 7 理论计算得出尘埃粒子带负电，m i l l e r 和 w u 嘲也用实验证实了尘埃粒子带负电。尘埃粒子聚集的地方通常称为“粒子阱”。 激光散射实验表明这些粒子阱的寿命能持续几十分钟：并且其一般出现在等离子 体与被加工的基片附近【4 1 。 在等离子体放电的研究中，人们广泛地开展了与尘埃粒子输运相关的理论研 究4 1 。特别是粒子受力的研究1 7 川1 以及尘埃粒子在等离子体鞘层中的输运和分 布情况的研究等 1 2 - 1 4 】。 1 2 2 尘埃等离子的集体特性 尘埃粒子会在等离子体中产生一些新的波动模式和不稳定性。目前人们对尘 埃等离子体波的研究主要集中在等离子体波的色散、散射等方面。1 9 9 0 年，r a o 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 e ta i 1 5 提出这样的集体模式：电子和离子在自治的静电场中处于各自温度的热平 衡中，尘埃流体提供惯性，由此预测了尘埃粒子会在等离子体中产生一种新的低 频波动模式尘埃等离子体声波。1 9 9 5 年，b a r k a ne ta i r l 6 1 五年后就在实验室中 观测到了这种低频的尘埃声波模。 1 2 3 尘埃等离子体晶格 人们惊奇地发现，等离子体这种物质存在的第四种状态一最无序的状态，在 加入尘埃颗粒后，能形成“库仑晶格”。1 9 8 6 年，i k e z i t 1 提出，对带电尘埃粒子 来说，当它们通过静电力于其它粒子强烈耦合时，若它们具有很小的热运动，就 有形成库仑固化结构的可能性。到1 9 9 4 年h t h o m a s l 吲等人在实验室中实现了 库仑晶格。 库仑晶体的发现引起等离子体物理学界和固体物理学界极大的兴趣。它可以 为等离子体物理学家研究强耦合等离子体提供强有力的实验依据；同时它也可作 为固体物理学家研究晶格结构的“宏观模型”来验证其的基本理论( 晶格特性、 相变等) 。 1 3 射频等离子体鞘层特性 近年来，低温等离子体技术己成为半导体集成电路生产中的关键技术。利用 等离子体技术进行各种高性能薄膜沉积、表面改性，或制取超细粉末、烧结、合 成材料等促进了材料工艺的蓬勃发展，也促进了等离子体科学的发展。在等离子 体加工过程中，通常在基片上施加一个射频( r f ) 偏压，从而在偏压基板附近 形成一个非中性区域射频等离子体鞘层。该鞘层的特性以及电子、离子在其 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 中的行为在很大程度上决定着发生在材料表面的物理、化学过程，直接影响产品 的质量。 图l射频等离子体放电实验装冕图 射频等离子体鞘层的最大特点是鞘层的厚度和电势等物理量都随时间和空 间发生变化。因此，射频等离子体鞘层的研究显得相当复杂。在射频鞘层中有两 个重要的参数：离子等离子体频率。= ( p 2 ”，竹卢和电子等离子体频率 ，= g 2 占o m , ：) j 。 低频区：当外加的射频频率远远小于离子等离子体频率 国。，电子和 离子都响应瞬时外加射频场。鞘层可以看作是准稳态的，也就是一种缓慢变化的 直流鞘层。 高频区：当外加射频频率远远大于离子等离子体频率， 国 co 尘埃粒于与射频等离子体鞘层相互作用的研究 从图中我们可以看出：由于鞘层中聚集带负电的尘埃粒子，导致该处的局域 鞘层电势变得更负( 如图7 ) ，鞘层电势差变大，离子由鞘层边界加速到该处 会获得更多的能量，即局域离子平均速度变大( 如图8 ) 。这些结论与a r n a s 等 人的实验结果一致2 ”。鞘层平均电势变得更负，必将排斥更多的电子致使该处 平均电子密度减小；局域平均离子密度也会由于尘埃粒子的吸收而减少f 如图9 1 。 3 4 小结 本文研究了有限温度的尘埃粒子在射频鞘层中的空问分布特性，并且讨论了 悬浮在射频鞘层中带负电的尘埃粒子对鞘层结构( 包括平均鞘层电势、平均离子 速度、平均电子密度和离子密度) 的影响。 在射频鞘层中，具有一定温度的尘埃粒子在重力、电场力、离子拖拽力和压 强梯度力的作用下达到平衡。有限温尘埃粒子在射频鞘层中的空间分布并不是6 函数而是具有一定温度扩展的高斯函数。半径越小、温度越高的尘埃粒子，它的 温度展宽越大。半径越大的尘埃粒子其平衡位置越靠近极板。射频鞘层中的尘埃 粒子因收集电子和离子而携带负电荷，因而它们会改变局域鞘层电势，进而改变 周围离子和电子的分布。我们通过数值求解得出的结论是：含有尘埃粒子的射频 鞘层同不含尘埃颗粒的射频鞘层相比较，它的局域平均鞘层电势更负，平均离子 速度更大，平均离子密度和电子密度变小，这些结论与a r n a s 等人的实验结果 一致 2 甜。 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 第三章尘埃粒子在低频等离子体鞘层的充电与悬浮 在低温射频等离子体实验研究和工业加工中，尘埃粒子不可避免的存在于反 应装置中。它们悬浮在基片上方，接近等离子体鞘层边界处并且携带负电荷。在 放电熄火的瞬间，等离子体鞘层消失，尘埃粒子在重力的作用下落到基片表面 造成不合格产品。因此，搞清尘埃粒子在射频鞘层中的特性以清除尘埃污染已成 为工业等离子体研究人员的核心问题。 1 9 8 6 年，i k e z i l l 7 1 理论预言：尘埃等离子体有形成库仑固化结构的可能性。 1 9 9 4 年h t h o m a s 1 8 1 等人在实验室中实现了库仑晶格( 库仑晶体) 。目前，人们 通过改变等离子体放电的一些外部参数( 如中性气体压强、射频功率和气体种类 等) 来研究“库仑晶体”相变过程。在射频鞘层中，形成库仑晶体的尘埃粒子在 重力、电场力、离子拖拽力等一些力的作用下达到平衡。t o t s u j i 等人通过分子 动力学模拟研究发现：在库仑晶体中发生的一系列相变过程，非常明显地与竖直 方向囚禁尘埃颗粒势阱的改变有关【2 5 l 。s a m a r i a n 等人观察到：在p 善三au)l。善意竺 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 图1 和图2 分别表示功率相同而频率不同射频鞘层的极板电压和瞬时鞘层 厚度随时间的变化，其中w ：5 w 。从图中我们可以看出：极板电压和瞬时鞘层 厚度都随时间呈周期性变化，而且当极板电压达到峰值时，鞘层厚度也同时达到 峰值。在一个射频周期内，极板电压有很大一部分时间位于高电势( 即同等离子 体电势大致相等) 。随着电源频率的增大，极板电压和瞬时鞘层厚度的振荡幅度 逐渐变小。 图3 电源功率相同w = 5 w 而频率不同的射频鞘层，平均鞘层电势随空间的变化。 此外，我们还研究了平均鞘层电势可( x ) = ( u ( x ，f ) ) 随空间的变化。从图3 中 我们可以看出：在电源功率相同的条件下，频率越高的射频鞘层，平均鞘层厚度 越小，靠近极板处的平均电场越强。 3 2 尘埃粒子的充电与悬浮 悬浮在射频鞘层中的尘埃粒子因收集电子和离子而携带电荷。假设尘埃粒子 2 8 一日薯iod案皇 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 半径远小于电子德拜半径并且电子德拜半径小于中性气体的平均自由程。这时可 采用o m l 理论来计算尘埃粒子充电电流【。 到达尘埃粒子表面的瞬时热电子电流。( 苫，f ) 为： ，小，班一z 州刈，l ( 石s k r e j 唧( 丝铲) ( 3 - 2 - 1 ) 式中d 为尘埃粒子半径，m 。是电子的质量， 。( x ，t ) 瞬时电子密度，u 。( x ，f ) 为尘 埃粒子的瞬时漂浮势。 到达尘埃表面瞬时离子充电电流，( - f ) 为 ，( 五，) = p 徽2 v 8 f1 ( 3 - 2 2 ) 则，尘埃粒子表面电荷随时间的变化可由如下方程描述： 掣叫呲) ( 3 - 2 - 3 ) 式中q ( x ，) 是尘埃粒子表面的瞬时电荷。 假设尘埃粒子为球形，则u 。= g d 4 z e 。口。将u 。带入可求出尘埃粒子所带的 瞬时电荷g 。 我们研究，在电源功率相同而频率不同的射频鞘层中，半径a = 5 l a n 的尘埃 粒子在它各自平衡位置z = 1 4 m m ( f = 1 m h z l ，z = 1 3 l m m ( f = t o o k h z ) z = 0 7 3 m m ( f = 3 0 0 k h z ) 的充电特性( 如图4 所示) 。尘埃粒子最初带q 。= 5 0 0 e 电荷。从图中我们可以看出：经过几个微秒( 舯) ，尘埃粒子的充电过程稳定，其 充电频率等于电源频率。电源频率越低，尘埃粒子表面电荷的振荡幅度越大。因 为电子和离子都响应瞬时场，频率越低的射频鞘层，瞬时鞘层电势振荡的幅值越 大( 如图1 ) ，从而导致尘埃表面的电荷剧烈振荡。理论研究发现：尘埃粒子在 等离子体中的不稳定性和在竖直方向的自激振荡与其表面电荷的涨落有关【2 8 】。 坠州 8 一 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 t i m e ( p s ) 图4 电源功率相同w = 5 w 而频率不同的射频鞘层，半径口= 5 z m 尘埃粒子 在各自平衡位置z = 1 4 m m ( f = 1 m h z l ，= = 1 3 l m m ( f = 1 0 0 k h z ) z = 0 7 3 m m ( f = 3 0 0 k h z ) 表面电荷随时间变化。 我们假设尘埃粒子是半径为a ( a 旯。) 的球形，且表面电荷均匀分布。在低 气压射频鞘层中，尘埃粒子受到重力、电场力和离子拖拽力的作用： j t 。= ，g + f t + f j t 3 - 2 4 ) 式中厶是尘埃粒子所受的合力， 是重力，正是电场力，：是尘埃粒子受到的 离子拖拽力。 尘埃粒子的重力为 以- 一4 3 2 u 3 y a g ( 3 - 2 5 ) 式中，。为尘埃粒子的质量密度，g 为重力加速度，方向指向极板。 尘埃粒子受到的电场力为 正= e q d 3 0 ( 3 2 6 ) 一严o l)lsj口芑m6j日lo 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 式中e ( x ，r ) 是鞘层瞬时电场，( x ，t ) 是尘埃粒子表面的瞬时电荷。电场的方向 指向极板。因为尘埃粒子带负电，所以尘埃粒子受到电场力的方向背离极板。 生的收集力，一： f j “= 一m j n ? v ? 2 d m t 3 2 1 1 式中仃。= 而。2 为离子吸收截面，b 。= a ( 1 2 p u 。v ? ) 。另一种是带电尘埃 粒子同离子发生库仑碰撞所产生的库仑力，一： ：“= 一m ，n ，v ，2 盯。 ( 3 2 8 ) 式中口= 4 m b 0 2 r为库仑碰撞截面， b 。= a e u d m ，v 。2 ， f = l n ( a 。2 + b 0 2 ) ( 6 。2 + b 0 2 ) 】2 是库仑对数，b = ( e o k l ，f l e e 2 ) 为电子德拜半 径，则尘埃粒子受到指向极板的离子拖拽力z = z c 0 “+ ，一。即为： 肛叩以2 十等+ 。斛r z 割 当悬浮在射频鞘层中的尘埃粒子达到平衡时，在一个周期内它所受的合力的 平均值为零，即： h = 0 ( 3 - 2 - 1 0 ) 将( 3 - 2 5 ) ，( 3 2 6 ) 和( 3 - 2 9 ) 带入( 3 - 2 1 0 ) 即可求出单一半径尘埃粒子在射频 鞘层中的平衡位置。 这里我们假定尘埃粒子的质量密度儿= 1 5 9 e m3 。我们求出了半径口= 5 u m 的尘埃粒子在功率相同频率不同的射频鞘层中的悬浮位置( 如表1 ) 。从表中我 们可以明显看出：电源频率越低，相同半径尘埃粒子的平衡悬浮位置越靠近极板。 这是因为在功率相同的条件下，电源频率越高，靠近极板处的鞘层平均电场值越 大( 如图3 所示) ，促使相同半径的尘埃粒子远离极板。 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 表1 电源功率相同w = 5 w 而频率不同的射频鞘层，相同半径尘埃粒子悬浮特性。 电源频率悬浮位置 1 朋胃z1 4 r a m 1 0 0 k h z1 3 l m m 3 0 k 爿z07 3 m m 3 3 尘埃粒子的自激振荡 射频鞘层的电场和尘埃粒子表面电荷都是随时间变化的，它们的涨落必然会 引起尘埃粒子运动的不稳定性。s a m a r i a n 等人观察到：在低气压p 4 5 p a 射频 等离子体鞘层中，尘埃粒子可作大幅度的竖直自发振荡，其最大幅值可达 1 6 m m 2 9 1 。 我们考虑将一个半径订= 5 1 a n 尘埃粒子静止地放在它的平衡位置，瞬时电场 和电荷的变化将会引起它的自激振。尘埃粒子的运动轨迹遵守牛顿方程： m d 拿：麒x , t ) ( 3 - 3 - 1 ) 万2 r “( ) 式中m d = 4 1 0 d a 3 9 3 是尘埃粒子的质量。 ( 3 - 3 1 ) 式的初始条件为： 工( 0 ) = x 叩。 ( 3 3 2 ) ( 0 ) = 0 ( 3 - 3 3 ) 式中x 。为尘埃粒子的平衡位置，是尘埃粒子的运动速度。 我们研究在频率f = 3 0 k h z ，功率w = 1 5 6 w 的射频鞘层，尘埃粒子的自发 竖直振荡特性。图5 所用的参数为：尘埃粒子的质量密度p = 1 4 9 c m _ 1 ，半径 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 d = 5 o n ，平衡位置x 。= 0 7 3 4 m m 。从图中我们可以看出随着时间的增加，尘 埃粒子由于瞬时电荷和电场的涨落而逐渐从电场中获得能量，其竖直振荡幅度越 来越大，其最大值约为o 4 m m ，最终尘埃粒子因振幅过大而落到极板上。 t i m e ( s ) 图5 尘埃粒子在射频鞘层的自激振荡，其中矿：1 5 6 w 。 一e一口23m面eo七oucg石 尘堡塾主量塑塑竺塑三竺塑墨塑三堡里塑堕壅 3 4 小结 本文采用自洽的低频无碰撞射频鞘层模型，讨论了尘埃粒子在低频鞘层中的 充电、悬浮和白激振荡特性。 我们首先得到：射频鞘层的极板电压和瞬时鞘层厚度都随时间呈周期性变 化，而且当极板电压达到峰值时，鞘层厚度也同时达到峰值。在电源功率相同的 条件下，随着电源频率的增大，极板电压和瞬时鞘层厚度的振荡幅度逐渐变小， 并且平均鞘层厚度变小。 其次，我们发现尘埃粒子的充电频率与电源频率相同。在充电过程达到稳定 后，电源频率越低，尘埃粒子表面电荷振荡幅值越大。在电源功率相同的条件下 频率越高的射频鞘层，同样尘埃粒子的悬浮位置越远离极板。 我们最后讨论了：由于射频鞘层电场和尘埃粒子表面电荷的涨落，而引起的 尘埃粒子在竖直方向的自激振荡。随着时间的增加，尘埃粒子从电场中获得越来 越多的能量，其振幅越来越大，最终尘埃粒子落到极板上。 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 第四章今后工作设想 首先，本文考虑的都是低气压射频放电的情况。也就是说，在射频等离子体 鞘层模型中，忽略离子与中性气体的电荷交换碰撞。但对于通常的等离子体刻蚀 和薄膜沉积加工工艺，放电气压的范围大约为l m t o r r l t o r r ，所以碰撞效应对射 频等离子体鞘层和尘埃粒子的影响是不能忽略的。在今后的工作中，首先应该进 一步考虑离子与中性气体的电荷交换碰撞。 其次，在本文中我们都将尘埃粒子用单粒子模型来处理。但是，当等离子体 中的尘埃粒子数量逐渐增多时，如尘埃等离子体云或尘埃空洞，我们必须考虑尘 埃粒子之间的相互作用及其空间电荷效应。 最后，我们都假设鞘层内所有物理量都是一维变化的。更为严格的物理模型 应该考虑它们在二维平面甚至在三维空间的变化。显然，这是非常复杂而困难的。 随着今后理论和实验的进步发展，人们对尘埃粒子与射频等离子体鞘层相 互作用的研究将更加深入。 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 参考文献 1 u d ea n g e l i s ，t h ep h y s i c so fd u s t yp l a s m a s ，p h y s i c as c r i p t a ，1 9 9 2 ，4 5 ，p 4 6 5 2 b a s m i t he ta 1 ，an e wl o o ka ts a t u r ns y s t e mv o y a g e r2i m a g i n g ，s e i e n c e ， 1 9 8 2 ，2 1 5 ，p 5 0 4 3 g s s e l w y n ，j s i n g h ，a n dr s b e n n e t t ，i n8 i t ul a s e rd i a g n o s t i cs t u d i e so f p l a s m a g e n e r a t e dp a r t i c u l a t ec o n t a m i n a t i o n ，j v a c s c i t e c h 0 1 a ，1 9 8 9 ，7 ，p 2 7 5 8 4 r m r o t h ，k g ，s p e a r s ，g d s t e i na n dg w o n g s p a t i a ld e p e n d e n c eo fp a r t i c l e 1 i g h ts c a t t e r i n gi na nr fs i l a n ed is c h a r g e ，a p p l p h y s l e t t ，1 9 8 5 ，4 6 ，p 2 5 3 5 g m j e l l u ma n dd b g r a v e s p a r t i c l e p l a s m ai n t e r a c t i o ni nl o w p r e s s u r e d i s e h a r g e s ，a p p l p h y s l e t t ，1 9 9 0 ，5 7 ，p 2 0 7 7 6 y w a t a n a b e ，m s h i r a t a n i m y a m a s h i t a ，p o w d e r f r e ep l a s m ac h e m i c a l v a p o r d e p o s i t i o no fh y d r o g e n a t e da m o r p h o u ss i l i c o nw i t hh i g hr fp o w e rd e n s i t yu s i n g m o d u l a t e dr fd i s c h a r g e ，a p p l ，p h y s l e t t ，1 9 9 0 ，5 7 ，p 1 6 1 6 ， 7 r n n o w l i na n dr n c a r l i l e t h ee l e c t r o s t a t i en a t u r eo fc o n t a m i n a t i r e p a r t i c l e si nas e m i c o n d u c t o rp r o c e s s i n gp l a s m a ，j v a c s c i t e e h o la ，1 9 9 1 ，7 ， p 2 8 2 5 ， 8 j j w ua n dr j m i l l e r m e a s u r e m e n t so fc h a r g eo ns u b m i c r o np a r t i c l e s g e n e r a t e di nas p u t t e r i n gp r o c e s s j a p p l ，p h y s ，1 9 9 0 ，6 7 ，p 1 0 5 1 ， 9 j ，e d a u g h e r t y ，r k p o r t e n u s ，a n dd b g r a v e s ，e l e c t r o s t a t i cf o r c e so n s m a l lp a r t i c l e si nl o wp r e s s u r ed i s c h a r g e s ，j a p p p h y s ，1 9 9 3 ，7 3 ，p 1 6 7 1 1 0 m d k i l g o r e ，j ed a u g h e r t y ，r k p o r t e o u s a n dd b g r a v e s i o nd r a g o n a ni s o l a t e dp a r t i c u l a t ei nal o w p r e s s u r ed i s c h a r g e ，ja p p l p h y s ，1 9 9 3 ，7 3 ，p 1 9 5 1 1 g m j e l l u m ，je d a u g h e r t y ，a n do b g r a v e s ，p a r t i c l et h e r m o p h o r e s i si n 1 0 wp r e s s u r eg l o wd i s c h a r g e s ，j a p p l p h y s ，1 9 9 1 ，6 9 ，p 6 9 2 3 ，1 9 9 1 1 2 m s b a r n e s ，j h k e l l e r ，jc f o r s t e r ，j a0 n e l l l ，a n dd k c o u l t a s 。 t r a n s p o r to fd u s tp a r t i c l e si ng l o w d i s c h a r g ep l a s m a s ，p h y s r e v l e t t 1 9 9 2 ， 6 8 p 3 1 3 3 6 尘埃粒子与射频等离子体鞘层相互作用的研究 1 3 s j c h o i ，p ，lg ，v e n t z e k ，r j h o e k s t r aa n dj k u s h n e r s p a t i a l d is t r i b u t i o n so fd u s t p a r t i c l e si np l a s m a sg e n e r a t e db yc a p a c i t i v e l yc o u p e d r a d i o f r e q u e n c yd i s c h a r g e s ，p l a s m a ss o u r c e s s c i t e c h n 0 1 1 9 9 4 ，4 1 8 ，p 4 1 8 1 4 顾良，“等离子体加工过程中尘埃微粒行为的研究”，力学进展，1 9 9 7 ，2 7 ，p 5 6 ，1 9 9 7 ， 1 5 n n r a o ，p k s h u k l a ，a n dm y y u ，d u s t a c o u s t i cw a v e si nd u s t yp l a s m a s ， p l a n e t s p a c e s c i 1 9 9 0 ，3 8 ，p 5 4 3 i 6 a b a r k a n ，rlm e r l i n o ，a n dn 0 a n g e l o ， l a b o r a t o r yo b s e r v a t i o no ft h e d u s t a c o u s t i cw a v em o d e p h y s p l a s m a ，1 9 9 5 ，2 ，p 3 5 6 3 n 7 h i k e z i ，。c o u l o m bs o l i do fs m a l lp a r t i c l e si np l a s m a s p h y s f 1 u i d s ，1 9 8 6 ，2 9 ， p 1 7 6 4 1 8 h t h o m a s ，g e m o r f i l l ，v d e m m e l ，j g o r e e ，b ，f e u e r b a c h e r ，a n dd ，m s h l m a n n p l a s m ac r y s t a l ：c o u l o m bc r y s t a l l i z a t i o ni nad u s t y p l a s m a ，p h y s r e v l e t t 1 9 9 4 7 3 ，p 6 5 2 1 9 t n i t t e r ，l e v i t a t i o no fd u s ti nr fa n dd cg l o wd is c h a r g e s ，p i a s m a ss 0 u r c e s s c i t e c h n 0 1 1 9 9 6 ，5 ，p 9 3 2 0 ea e d e l b e r ga n de s a y d i lm o d e l i n go ft h es h e a t ha n dt h ee n e r g yd i s t r i b u t i o n o fi o n s b o m b a r d i n gr f b i a s e ds u b s t r a t e si nh i g hd e n s i t yp l a s m ar e a c t o r sa n d c o m p a r i s o nt oe x p e r i m e n t a lm e a s u r e m e n t s ，j h p p l p h y s ，1 9 9 9 ，8 6 ，p 4 7 9 9 2 1 d e z h e n w a n g d e y o n g l i u ，a n dj i n y u a n l i u ，d u s tc h a r g i n ga n dl e v i t a t i n g i nc a t h o d es h e a t ho fg l o wd is c h a r g e sw i t he n e r g e t i ce l e c t r o nb e a m j ，a p p l ，p h y s ， 2 0 0 2 ，8 8 p 1 2 7 6 2 2 d e z h e nw a n ga n dx i a o g a n g w a n g ，s p a t i a ld i s t r i b u t i o n so ft r a p p e dm i c r o p a t i c l e s i nap l a s m a s h e a t h j a p p l p h y s ，2 0 0 1 ，8 9 ，p 3 6 0 2 2 3 a m e l z e r ，a h o m a n n ，a n