等离子体物理：chap-2等离子体导论之二.ppt

PlasmaPhysicsPlasmaPhysics等离子体导论等离子体导论回顾回顾绪论等离子体等离子体的概念的概念等离子体的存在形式等离子体的存在形式等离子体等离子体描述方法描述方法等离子体等离子体的的发展历史发展历史等离子体分类及等离子体分类及特点特点等离子体应用等离子体应用研究领域研究领域自由电荷构成、表现出集体行为的准中性多粒子系统.等离子体等离子体1. 1. 单粒子轨道理论单粒子轨道理论2. 2. 磁流体动力学理论磁流体动力学理论3. 3. 等离子体动理学理论等离子体动理学理论4. 4. 计算物理计算物理等离子体研究方法等离子体研究方法宇宙中99.99的物质是以等离子体形式存在等离子体等离子体的概念的概念等离子体的存在形式等离子体的存在形式等离子体等离子体描述方法描述方法等离子体等离子体的的发展历史发展历史等离子体分类及等离子体分类及特点特点等离子体应用等离子体应用研究领域研究领域绪论等离子体分类及等离子体分类及特点特点等离子体分类高温等离子体高温等离子体 核聚变核聚变天体等离子体天体等离子体低温等低温等离子体离子体热等离子体热等离子体冷等离子体冷等离子体等离子体分类及等离子体分类及特点特点冷等离子体TeTi, Ta热等离子体TeTi,Ta电弧、碘钨灯极光、日光灯电子温度100000C1eV聚变、太阳核心高温等离子体低温等离子体等离子体分类1eV11600K等离子体分类及等离子体分类及特点特点稀薄等离子体稠密等离子体日冕、核聚变中的高温等离子体的电离度都是100%，像这样b = 1的等离子体称为完全电离等离子体。

电离度大于1%（b10-2）的称为强电离等离子体，像火焰中的等离子体大部分是中性粒子（b10-3），称之为弱电离等离子体等离子体分类及等离子体分类及特点特点弱电离等离子体强电离等离子体主要类型的等离子体的密度和温度的数值从密度为106(单位：个m3)的稀薄星际等离子体到密度为1025的电弧放电等离子体，跨越近20个数量级其温度分布范围则从100K的低温到超高温核聚变等离子体的108-109K(1亿度)等离子体分类及等离子体分类及特点特点高温等离子体高温等离子体 核聚变核聚变低温等离子体低温等离子体经典力学：经典力学：单粒子运动单粒子运动电动力学：电动力学：等离子体的回旋辐射、轫致辐射等离子体的回旋辐射、轫致辐射流体力学：流体力学：等离子体的流动、波动等离子体的流动、波动量子力学：量子力学：等离子体中的线辐射等离子体中的线辐射统计力学：统计力学：平衡或非平衡态等离子体的物性和演化平衡或非平衡态等离子体的物性和演化等离子体分类及等离子体分类及特点特点等离子体物理学之特点等离子体物理学之特点参数范围广阔密度跨越30个数量级，温度跨越7个数量级；所需物理基础,基础众多 等离子体通常远离热平衡态等离子体通常远离热平衡态 等离子体以激烈的方式向平衡态演化等离子体以激烈的方式向平衡态演化 演化过程通常是高度非线性的演化过程通常是高度非线性的等离子体分类及等离子体分类及特点特点等离子体是复杂系统等离子体物理学之特点等离子体物理学之特点等离子体等离子体的概念的概念等离子体的存在形式等离子体的存在形式等离子体等离子体描述方法描述方法等离子体等离子体的的发展历史发展历史等离子体分类及等离子体分类及特点特点等离子体应用等离子体应用研究领域研究领域绪论等离子体物理所面对的对象几乎是宇宙的等离子体物理所面对的对象几乎是宇宙的全部、人类活动的主要能区，其重要性不全部、人类活动的主要能区，其重要性不言而喻。

从星系和恒星磁场的起源、空间言而喻从星系和恒星磁场的起源、空间天气学事件天气学事件, ,例如日冕物质抛射现象与磁层例如日冕物质抛射现象与磁层亚暴的爆发机理、蔚为壮观的极光的形成亚暴的爆发机理、蔚为壮观的极光的形成过程、受控核聚变的可能性、高强激光与过程、受控核聚变的可能性、高强激光与物质的相互作用、由等离子体刻蚀技术研物质的相互作用、由等离子体刻蚀技术研制的微处理器、等离子体隐身技术等等制的微处理器、等离子体隐身技术等等等离子体等离子体研究研究 低温等离子体低温等离子体 冷等离子体冷等离子体 热等离子体热等离子体 高温聚变等离子体高温聚变等离子体 磁约束聚变磁约束聚变 惯性约束聚变惯性约束聚变 空间和天体等离子体空间和天体等离子体等离子体物理学的研究内容：等离子体物理学的理论研究内容： 低温等离子体低温等离子体 等离子体碰撞、输运问题等离子体碰撞、输运问题 等离子体波等离子体波 磁场中等离子体行为磁场中等离子体行为 高温核聚变等离子体高温核聚变等离子体 磁约束磁约束等离子体的波动和加热等离子体的波动和加热 磁约束等离子体平衡与稳定性磁约束等离子体平衡与稳定性 磁约束等离子体约束及输运磁约束等离子体约束及输运 惯性约束中激光与等离子体相互作用惯性约束中激光与等离子体相互作用 惯性约束中惯性约束中RTRT不稳定性不稳定性 空间和天体等离子体空间和天体等离子体 恒星的起源和演化恒星的起源和演化 磁场的起源及磁重连磁场的起源及磁重连 低温应用等离子体低温应用等离子体 热等离子体热等离子体 冷等离子体冷等离子体 高温聚变等离子体高温聚变等离子体 磁约束聚变磁约束聚变 惯性约束聚变惯性约束聚变 空间和天体等离子体空间和天体等离子体低温应用等离子体低温应用等离子体等离子体物理学的应用研究内容：低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究1. 1.热等离子体热等离子体稠密稠密, ,高压高压( (一般一个大气压一般一个大气压) )，温度约温度约2000K-20000K.2000K-20000K.例：电弧等离子体、例：电弧等离子体、 激光等离子体、燃烧等离子体等激光等离子体、燃烧等离子体等热等离子体TeTi,Ta低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究激光与材料相互作用激光与材料相互作用(强强) )激光烧蚀等离子体激光烧蚀等离子体. .1. 1.热等离子体热等离子体nsnspspsfs fs材料沉积X射线光源表面处理低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究激光与材料相互作用激光与材料相互作用(强强) )激光烧蚀等离子体激光烧蚀等离子体. .1. 1.热等离子体热等离子体Shockwaves成丝加速低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究激光与材料相互作用激光与材料相互作用(强强) )激光烧蚀等离子体激光烧蚀等离子体. .超材料-metamaterial1. 1.热等离子体热等离子体低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究1. 1.热等离子体热等离子体低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究稀薄气体，离子温度和气体温度低约稀薄气体，离子温度和气体温度低约300K-400K300K-400K. .电子温度高达电子温度高达3-53-5万度。

万度例：例： 辉光放电，辉光放电， 电晕放电，宇宙星云，极光等电晕放电，宇宙星云，极光等2. 2.冷等离子体冷等离子体等离子体增强化学沉积等离子体的化学过程刻蚀化学气相沉积（成膜）等离子体材料处理表面改性灭菌消毒表面冶金光源冷光源（节能，线光谱）气体激光器等离子体显示器 电子能量（eV） 远大于分子键能 （0.1eV）?非热平衡等离子体，背景温度低，电子温度高，存在大量的活性粒子低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究2. 2.冷等离子体冷等离子体q Plasma enhanced chemistryq Surface cleaningq Spraying of materialsq Chemical analysisq High-efficiency lightingq Semiconductor production for computersq TVs and electronics低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究2. 2.冷等离子体冷等离子体: :商业应用商业应用2. 2.冷等离子体冷等离子体 Computer chips and integrated circuits Computer hard drives Electronics Machine tools Audio and video tapes Aircraft and automobile engine parts Printing on plastic food containers Energy-efficient window coatings High-efficiency window coatingsIBM all-copper six-layeredchip technology低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究2. 2.冷等离子体冷等离子体: :制造业制造业应用应用等离子体化学汽相沉积PCVDPlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition利用低压放电在反应区产生大量的带电粒子，利用带电粒子碰撞来增加反应原料的活性低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究2. 2.冷等离子体冷等离子体: :新型材料新型材料低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究2. 2.冷等离子体冷等离子体: :新型材料新型材料三分之一的微电子器件设备采用等离子体技术！集成电路制造的阶段 线表示与等离子体相关到2010年,我国集成电路产业投资累计将达到3500亿元,其中大部分将用于集成电路制造装备投资。

十五”期间,863计划中设立了“集成电路制造装备”重大专项，研制出“100nm高密度等离子体刻蚀机和大角度离子注入机”低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究2. 2.冷等离子体冷等离子体: :微纳加工技术微纳加工技术CMOS工艺流程的主要步骤 深亚微米和纳米的等离子体刻蚀制版 等离子体气相沉积制备微电子材料薄膜 离子注入掺杂 等离子体清洗 主要相关工艺：低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究2. 2.冷等离子体冷等离子体: :微纳加工技术微纳加工技术化学气相沉积工艺腔示意图低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究2. 2.冷等离子体冷等离子体: :微纳加工技术微纳加工技术干法等离子体刻蚀机示意图低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究2. 2.冷等离子体冷等离子体: :微纳加工技术微纳加工技术Grayscale:controllingstrengthofelectronbeamofeachpixelTV-field:TimeperiodoffullimagemadebyscanningprocessCRTCRT显像管图像显示显像管图像显示TV-field场信号scanline扫描线Pixel像素electrongun电子枪电子束electronbeam低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究2. 2.冷等离子体冷等离子体: :平面显示平面显示ON 背光源Light Sourcepolarizer偏光器polarizerOFFLiquid crystalelectrodeGrayscale:controllingapenetratingopticalamountbylightphasecontrolofliquidcrystalgrayscale:brightnesslevelofeachpixelforexpressingimageLCDLCD液晶显示液晶显示低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究2. 2.冷等离子体冷等离子体: :平面显示平面显示场发射平面显示（FED）低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究2. 2.冷等离子体冷等离子体: :平面显示平面显示低温应用等离子体研究低温应用等离子体研究2. 2.冷等离子体冷等离子体: :平面显示平面显示在技术性能上，由于PDP屏中发光的等离子管在平面中均匀分布，这样显示图像的中心和边缘完全一致，不会出现扭曲现象，实现了真正意义上的纯平面。

由于其显示过程中没有电子束运动，不需借助电磁场进行偏转，因此外界的电磁场也不会对其产生干扰，适于不同环境条件下使用 简单地说，PDP是在两片玻璃板之间注入电压，产生气体及肉眼看。