Abstract
電子磁旋共振電漿源是由微波源、導波管、永久磁鐵(或磁線圈)、電漿室 (plasma chamber)所構成。經由外加磁場產生一個可以形成電子磁旋共振的區域，對外加2.45 GHz的微波源，共振區的磁場強度需等於875gauss，如此微波可使電子經由磁旋共振獲得能量。被加速的電子在電漿室撞擊工作氣體使其游離形成電漿。與其他電漿源比較，它具有工作氣體壓力低、游離率高、均勻性好等優點。本項研究旨在建立電子磁旋電漿源的電腦模擬程式。模擬程式除了包括的粒子式 (particle-in-cell, PIC)電漿模擬程式，以及計算永久磁鐵所造成的磁場分佈外，並進一步建立蒙地卡羅碰撞程式，其中除了考慮電子與中性粒子的碰撞外，尚包括電子與電子間的碰撞。此處我們所發展使用的電子與電子間的碰撞模型較其他文獻所提的碰撞模型精確。在PIC程式中，電流的計算並不採必須作修正的加權方法，而直接計算實際通過格點的電流，如此可節省計算時間。模擬的系統為軸向對稱之二維三速度(2d3v)系統。在模擬結果中，解永久磁鐵所造成的靜磁場分佈時，發現所需要定的靜磁位參考點並不需很遠，約需在電漿室外圍10倍半徑遠即可達到收斂；經測試所發展出之電子與與電子碰撞模型，以不同能量的電子束模擬電子與電子碰撞的情形發現最後的能量分佈會符合Maxwellian 分佈。實際模擬了半徑7.7公分，高7.71公分的電漿室，功率為300W之TM01 模式微波，工作氣體為氦氣，工作氣壓分別為1、0.1、0.01 Torr 的三種狀況。模擬結果顯示在1 Ttorr時，因碰撞頻率高於磁旋共振頻率，所以電子無法經由磁旋共振獲得能量，主要為微波直接加熱部份電子。在0.1及0.01 Torr時電子和氣體碰撞頻率低於磁旋共振頻率，所以電子在共振區可以有效的經磁旋共振獲得能量，研究結果顯示本套電腦模擬程式可以成功的應用在微波電漿源的研究上。