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1、等离子体离子注入PIC仿真的MATLAB实现*裴宪军,巩春志,汪志健,田修波,杨士勤(哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验实哈尔滨150001)PICNumericalSimulationofPlasmaIonImplantationBasedonMATLAB*PeiXianjun,GongChunzhi,WangZhijian,TianXiubo,YangShiqinStatekeylabofadvancedwelding&joining,HarbinInstituteofTechnology,
2、Harbin，150001AbstractMATLABisahigh-leveltechnicalcomputinglanguage,anditsadd-ontoolboxextendstheMATLABenvironmenttosolveparticularproblemsinaconvenientway.Inthisarticle,PartialDifferentialEquation(PDE)toolboxandinterpolationfunctionsareusedtoconductPart
3、icle-In-Cellsimulationofplasmaionimplantationofsquaretube.AcomparisonbetweenMATLABmethodandtraditionalmethodhasbeenmadetoverifytheaccuracyofournumericalcalculation.Theinfluenceofinnerelectrodesizeonaverageimplantationenergyhasbeeninvestigatedinthearticl
4、e.Theinnerelectrodehasa“clamp”effectonelectricalfieldintube.Thelargerelectrodemayleadtohigheraverageimplantationenergy.Theinitialsheathconfigurationaheart-shapedordovetail-shapedobjecthasalsobeensimulatedconvenientlyusingMATLABmethod.TheMATLABprovidesus
5、aneasyandusefultooltoconductPICsimulationofplasmaionimplantation.Keywords:MATLAB,Plasmaionimplantation,squaretube摘要MATLAB是当今先进计算软件之一，它提供的各类工具箱和内置函数给应用者带来了极大的方便。本文通过调用MATLAB中偏微分方程工具箱和插值函数实现了方管内表面等离子体离子注入的Particle-In-Cell模拟，并与传统其他语言程序的计算结果对比，结果基本一致。文章还讨论了
6、不同尺寸的内电极对离子平均注入能量的影响，结果表明：即使有内部电极“钳位”，平均注入能量也不高；在管壁偏压相同的情况下，尺寸较大的内电极因为“钳位”效果较好而具有较高的平均离子注入能量。最后提供了MATLAB对不规则形状靶件的计算结果，证明了MATLAB软件对不规则形状靶件的PIC模型有较好的适应性。MATLAB的应用为等离子体的模拟提供了简便易学的新途径。关键词MATLAB,等离子体离子注入,方管中图法分类号TL61+2.3文献标识码文章编号近年来工件的表面改性日益受到人们作为当今先进的计算软件之一
7、的的重视，等离子体离子注入方法在一定程度MATLAB软件由于符合人类科学思维习惯，上克服了传统束线式离子注入的视线性限使得没有编程基础的科研人员也可以很快[1-3]制，并且不存在膜基结合力问题因而得入门，缩短了开发周期。它所包含的丰富库到广泛应用。函数及各种工具箱更是给求解工程问题带Particle-In-Cell(PIC)方法是研究等离子来了很大方便。体行为的关键理论之一。它可以看成是方便本文通过调用MATLAB中的偏微分方而粗糙的流体力学模拟和严格但困难的动程求解工具箱以及一些插值函数对方管内[4
8、]理学方程求解的一种有效折中。目前PIC表面等离子体离子注入的PIC模型进行求模型大多采用VC++或C#实现，需要科研工解，并与传统求解结果进行对比，结果基本作者具有一定的软件编写基础，相对开发周一致。另外由于MATLAB内部采用有限元期较长。方法求解泊松方程，使得它对不规则形状的基金项目：国家自然科学基金（10775036,10905013和10975041）。*联系人：Tel:(0451)86418791,E-mail:xiubotian@hit.e
