低温等离子体技术在各种材料表面处理中有着广泛的应用,如半导体掺杂、离子注入、材料蚀刻和薄膜沉积等。连续射频容性辉光放电具有结构简单、能产生高密度大面积的均匀等离子体等优点。但是,随着材料表面处理对等离子体技术日益增长的更精确应用,对等离子体源的要求越来越高。连续射频容性辉光放电存在的能耗高、高能离子对基板材料的损伤、正离子充电效应、控制参数较少等问题则逐步显现,而脉冲调制射频容性放电则能较好地解决这些问题。因此研究脉冲调制射频容性放电等离子体的物理特性,理解等离子体中各种粒子的演化过程以及对外部控制参数的响应变化,对材料处理过程中生产工艺关键参数的优化,有着重要的理论参考和指导意义。数值模拟方法是研究射频容性等离子体物理特性的基本方法之一。由于脉冲射频放电的时间尺度很小,给实验研究带来了困难,同时也给数值研究带来了挑战。计算机数值模拟不仅能够系统研究射频容性辉光放电中的各种物理机制,还能给出等离子体的状态参数随放电参数的演化规律。众多文献表明,低气压连续射频容性放电和脉冲调制射频容性放电至今仍然是一个研究热点。本论文采用流体模拟方法对低气压连续射频容性放电和脉冲调制射频容性放电进行了数值模拟研究。论文安排如下。在第一章绪论部分,简述了等离子体及其早期研究和冷等离子体在工业中的应用。介绍了常用的四种低温等离子体源,包括射频容性耦合等离子体源、射频感应耦合等离子体源、电子回旋共振等离子体源及螺旋波等离子体源。介绍了脉冲调制射频容性耦合等离子体的研究进展和迫切需要解决的问题等,在此基础上给出了本文的研究目的和研究内容。在第二章中,建立了脉冲调制射频容性放电的等离子体流体模型。简述了等离子体的几种描述,着重介绍了等离子体数值模拟方法,根据平行板放电装置的几何模型,考虑放电中的主要碰撞过程,将等离子体看成是一种由电子、离子和中性粒子等多种成分组成的连续介质,用漂移扩散近似描述电子、离子和亚稳原子的通量,用泊松方程描述变化的电场,并做了等离子体径向均匀分布等假设,得到脉冲射频容性放电等离子体流体方程组。通过数值方法自洽地求解各粒子的连续性方程和电子的能量方程以及电场的泊松方程等,可以得到等离子体密度、温度、电场等各种宏观参量的时空分布。在第三章中,基于第二章建立的模型采用有限差分法求解,得到了相应的数值解。通过对数值解的分析,对比研究了连续射频放电和脉冲调制射频放电的瞬态物理特性。研究表明,在驱动电压幅值相同的条件下,连续射频放电中周期平均的电子密度和电流密度等基本物理量在数值上都高于脉冲调制射频放电中的相应值,在沉积功率密度相同的条件下有类似结果。研究还表明,要维持相同的等离子体有效电流密度,需要脉冲调制射频辉光放电馈入更高的驱动电压。进一步的研究表明,在等离子体区域,脉冲调制射频放电产生的双极性电场幅值大于连续射频放电产生的双极性电场幅值。在等离子体鞘层中,基态电离系数具有双峰形式,并给出了双峰形式的阐释。此外还在其它放电条件下进行了瞬态物理特性的比较研究。通过对比,揭示二者放电的异同点,从而对它们放电参数和瞬态物理特性有了更深入、更全面的认识。在第四章中,基于建立的等离子体流体模型,系统地研究了脉冲调制射频容性辉光放电中等离子体动力学特性。研究结果表明,无论在脉冲调制射频放电达到稳态还是非稳态阶段,电子密度、离子密度和亚稳态原子密度以及它们的反应系数在脉冲调制开启时都滞后于驱动电压。在脉冲调制关闭以后,电子密度先升后降,这种现象尤其在脉冲放电未达到稳态时较明显。同时,脉冲调制射频放电达到稳态后,在脉冲开启阶段,放电中心处的电子温度几乎不受驱动电压和电极材料二次电子发射系数等参数的影响,但是电子密度随着这些参数的增加而增加导致等离子体耗散功率密度增大;此外,放电中心处的电子温度随着脉冲调制占空比、电极间距、脉冲调制频率和电子的复合率等参数的增加而减小,电子密度也随之减小导致等离子体耗散功率密度减小。最后,系统地研究了脉冲调制射频放电中电子能量密度在时间和空间上的演化过程。在第五章中,基于脉冲调制射频容性辉光放电等离子体流体模型,详细地研究了二次电子发射对脉冲调制射频放电瞬态物理特性的影响。研究结果表明:当二次电子发射系数增加时,在脉冲调制开启阶段,电子密度、亚稳态原子密度也增大,电子温度基本相同,等离子体电势、电场降低;在脉冲调制关闭后,电子密度和电场基本下降为0,亚稳态原子密度和电势也下降更到更低,电子温度也下降。随着二次电子发射系数的增大,从等离子体空间分布来看,在脉冲调制开启阶段,电子能量密度、电子沉积功率密度、电子能量通量功率密度的绝对值、电子能量耗散功率密度、等离子体耗散功率密度和各种反应系数增大。在脉冲调制关闭阶段,各种放电参数则很快下降到一个很低的值。最后讨论了随着二次电子发射系数的增大,脉冲调制射频容性辉光等离子体放电由α放电模式转化为γ放电模式。在第六章中,给出了本文的主要研究结论、创新点以及对今后工作的展望。