Spatial flux and energy asymmetry in a low pressure capacitively coupled plasma discharge excited by sawtooth waveform: A harmonic study

锯齿波 物理 原子物理学 等离子体 谐波 不对称 离子 电离 容性耦合等离子体 电压 感应耦合等离子体 量子力学 计算机科学 计算机视觉
作者
Sarveshwar Sharma,Nishant Sirse,M. M. Turner
出处
期刊:Physics of Plasmas [American Institute of Physics]
卷期号:30 (7) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0151866
摘要

Plasma asymmetry generation in capacitively coupled plasma (CCP) discharges provides control over vital parameters that are useful in many plasma processing applications. In this article, using the particle-in-cell simulation technique, we investigated the spatial plasma asymmetry creation by a temporally asymmetric (sawtooth) waveform by varying its number of harmonics (N). The simulation results predict a non-linear increase in the plasma density and ion flux with an increase in N, i.e., it first decreases, reaching to a minimum value for a critical value of N and then increases almost linearly with a further rise in N. The ionization asymmetry increases with N, and higher harmonics on the instantaneous sheath position are observed for higher values of N. These higher harmonics generate multiple ionization beams that are generated near the expanding sheath edge and are responsible for an enhanced plasma density. The ion energy distribution function (IEDF) depicts a bi-modal shape for different values of N. DC self-bias is observed on the powered electrode, its magnitude with respect to the plasma potential decreases with increasing N, and therefore, the corresponding ion energy on the powered electrode decreases. The results conclude that by changing N of a sawtooth waveform in a collisionless CCP system, the ion flux asymmetry is not altered, whereas sheath symmetry could be significantly affected causing a systematic variation in the ion energy asymmetry. Due to an increase in the higher harmonic contents in the sawtooth waveform, a transition from broad bi-modal to narrow-shaped IEDFs is found.

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