Electron kinetics in capacitively coupled plasmas modulated by electron injection

原子物理学 电子 等离子体 温度电子 电离 化学 材料科学 离子 物理 量子力学 有机化学
作者
Ya Zhang,Yanli Peng,Maria Elena Innocenti,Wei Jiang,Hongyu Wang,Giovanni Lapenta
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:122 (10) 被引量:9
标识
DOI:10.1063/1.5001892
摘要

The controlling effect of an electron injection on the electron energy distribution function (EEDF) and on the energetic electron flux, in a capacitive radio-frequency argon plasma, is studied using a one-dimensional particle-in-cell/Monte Carlo collisions model. The input power of the electron beam is as small as several tens of Watts with laboratory achievable emission currents and energies. With the electron injection, the electron temperature decreases but with a significant high energy tail. The electron density, electron temperature in the sheath, and electron heating rate increase with the increasing emission energy. This is attributed to the extra heating of the energetic electrons in the EEDF tail. The non-equilibrium EEDF is obtained for strong non-local distributions of the electric field, electron heating rate, excitation, and ionization rate, indicating the discharge has transited from a volume heating (α-mode dominated) into a sheath heating (γ-mode dominated) type. In addition, the electron injection not only modifies the self-bias voltage, but also enhances the electron flux that can reach the electrodes. Moreover, the relative population of energetic electrons significantly increases with the electron injection compared to that without the electron injection, relevant for modifying the gas and surface chemistry reactions.

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