介质阻挡放电的等离子属性

7.4.1　介质阻挡放电的等离子属性

理论研究人员通常利用二维多流体空气动力学。一阶主模型计算介质阻挡放电阵列离子打印头结构的行为特征，以非结构性网格针对电荷传输求解电位分布的泊松方程、连续性方程和表面电荷平衡方程;对电子温度辐射传输以电子能量守恒方程求解，通过格林函数传递器寻址。计算时以蒙特·卡罗仿真跟踪离子化过程，通过外层结构对来自绝缘表面的二次电子加速形成激励源。其中，二次电子由离子和光子撞击所有表面而产生，按电子能量分布从波尔兹曼方程的局部解，得到批量电子速率和传输系数。

仿真计算假定在25MHz射频和1个大气压的氮气环境下操作，射频电极在1.4kV电压基础上再加－2kV偏压，放电和丝网电极电压分别取－2kV和－1950V，覆盖绝缘层的接地极布置在离丝网电极上方约400μm位置，射频作用周期内的电子密度如图7－25所示。

射频周期开始于－600V的射频电极电压，此乃绝对值最小的负电压，相对于充电电极和丝网电极来说当然应该算正电压，产生朝向射频电极顶部绝缘层的电子流量，使得绝缘层带负电。随着加到射频电极的电压变得越来越负，介质阻挡放电离子打印头器件凹穴内的电子被负电压驱赶成长羽毛状，由丝网电极集聚成束。此后，从气隙抽取出羽毛状电子束，使接地极的绝缘层带电。当射频电极电压接近其绝对值最大的负电压(大约第20ns的－3400V)时，射频电极绝缘层发射的二次电子产生雪崩效应，以保持介质阻挡放电器件空穴内的等离子属性。电压开始增加后，电子将被拉回到微介质阻挡放电器件内，从而中断电子羽毛，此时空穴内的电子密度达到2×10¹⁵ cm^－3，而接地极绝缘层约4×10¹¹ cm^－3。如此高的电子密度只能由电场支撑，可能超过1MV/cm。

图7－25　射频作用周期内不同时间的电子密度