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专题：低温等离子体非平衡输运与主动调控

米量级宽幅间接介质阻挡放电等离子体产生及放电特性

李龙，崔行磊，祝曦，方志

物理学报, 2025, 74(23):235213

doi：10.7498/aps.74.20251163

cstr：32037.14.aps.74.20251163

本文报道了一种新型米量级宽幅间接介质阻挡放电(DBD)，用于满足大尺度、形状复杂材料的处理需求。通过模块化分级气路设计与仿真优化，提高放电区域及被处理材料表面流场分布均匀性。在此基础上，以Ar作为工作气体，以六甲基二硅烷(HMDSO)为反应媒质，在纳秒脉冲电源激励下产生米量级宽幅等离子体。通过电学、光谱、温度诊断方法来评估不同运行条件参数下的粒子活性、放电均匀性和稳定性，并对环氧材料改性，通过水接触角测量验证改性效果及其均匀性。结果表明，在合适的运行条件参数下，可产生尺寸为1120 mm的宽幅均匀稳定等离子体。增大电压幅值使放电强度和粒子活性提升，但放电均匀性和稳定性会显著降低；增大工作气体流速虽可同时提升粒子活性、放电均匀性和稳定性，但提升幅度较小。在电压幅值为12 kV、工作气体流速为10 L/min条件下处理10 min后，环氧(EP)材料表面的水接触角从67°均匀提升至144°，波动幅度低于6%。本文所报道的米量级宽幅间接DBD电极可为大尺度等离子体材料改性技术工业应用提供参考和依据。

图1 米量级宽幅间接DBD电极结构设计 (a) 电极示意图；(b) 电极实物图

同行评价

本文报道了一种新型DBD电极，实现了米量级均匀稳定放电，并将其应用于材料改性，证明其优异的改性效果。此外，也进行了详细的光学和电学诊断，论文整体质量较高，对于等离子体放电领域的读者有很好的参考价值。

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专题：低温等离子体非平衡输运与主动调控

基于辅助阳极的氧化铟锡射频磁控溅射离子能量分布调控

黄天源，赵一凡，莫超超，梅杨，张潇漫，季佩宇，吴雪梅

物理学报, 2025, 74(23):238501

doi：10.7498/aps.74.20251172

cstr：32037.14.aps.74.20251172

磁控溅射沉积透明导电氧化物薄膜过程中，理解离子动力学过程是揭示“溅射损伤”机理并发展损伤抑制策略的关键。本研究在纯Ar气氛下，以氧化铟锡为阴极靶材，系统探讨辅助阳极正偏压对射频磁控放电中基底入射离子能量分布的影响。结果表明，入射正离子包括O⁺，Ar⁺，In⁺，Sn⁺及多种金属氧化物分子离子和双电荷离子，其能量由溅射原子的初始逸出能与等离子体电势共同决定，并随辅助阳极偏压的升高而增强。负离子源于阴极溅射，其中O^–和负离子能量分布宽广且呈多峰结构，与阴极电压、等离子体电势的射频振荡及离子输运的弛豫效应密切相关。金属氧化物负离子(InO^–，，SnO^–和)对射频鞘响应滞后，其高能峰向阴极偏置电压收敛。高能负离子是导致“溅射损伤”的主要原因，施加辅助阳极正偏压能有效降低其能量，为透明导电氧化物薄膜损伤抑制提供潜在解决方案。

图1 基于辅助阳极的ITO射频磁控溅射装置及等离子体诊断系统

同行评价

作者在纯Ar气氛下，以氧化铟锡为阴极靶材，系统探讨了辅助阳极正偏压对射频磁控放电中基底入射离子能量分布的影响。结果表明，辅助阳极正偏压能有效调控正负离子能量分布，特别是降低高能负离子能量，为透明导电氧化物薄膜损伤抑制提供了新策略。研究工作有很好的新颖性，也比较系统。

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专题：低温等离子体非平衡输运与主动调控

非热等离子体在能源材料缺陷工程中的应用

解志鹏，张达，梁风

物理学报, 2025, 74(23):235211

doi：10.7498/aps.74.20251185

cstr：32037.14.aps.74.20251185

非热等离子体 (non-thermal plasma，NTP) 作为一种在接近室温条件下高效实现材料制备与改性的先进技术，近年来在能源材料领域备受关注。由于其电子温度高而整体气体温度低，NTP能够在避免热损伤的前提下，通过引入空位、杂原子掺杂，调控孔隙率和表面粗糙程度等多尺度缺陷，显著改善电极材料的电化学性能。等离子体-材料表面相互作用是一个复杂的体系，涉及等离子体与材料之间的相互影响规律，深入理解该作用机制对实现NTP精准调控材料缺陷类型、密度、空间分布至关重要。本综述系统总结了NTP在能源材料刻蚀和掺杂领域的应用，重点阐述了缺陷的生成及其对等离子体与材料表面相互作用的影响。最后，分析了NTP技术规模化应用过程中面临的主要挑战并对其未来发展进行了展望。

图1 (a) 等离子体鞘层，(b) 空位缺陷，(c) 孔缺陷，(d) 掺杂缺陷示意图

同行评价

本综述系统总结了非热等离子体（NTP）技术在能源材料刻蚀与掺杂中的应用，重点分析了NTP诱导多尺度缺陷（如空位、掺杂、孔隙调控）的生成机制及其对电化学性能的提升作用，并探讨了等离子体-材料表面相互作用机制。作者敏锐地强调了实现精准改性所必需关注的等离子体-材料表面相互作用这一核心问题，并对该技术规模化面临的挑战与发展前景进行了深入探讨，对本领域研究者具有重要的参考价值。

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专题：低温等离子体非平衡输运与主动调控

等离子体处理水溶液仿真:从参数获取、模型构建到智能算法

罗三土，张明岩，张基珅，王子丰，孙博文，刘定新，荣命哲

物理学报, 2025, 74(23):235203

doi：10.7498/aps.74.20251221

cstr：32037.14.aps.74.20251221

大气压低温等离子体在生物医学、环境保护、纳米制造等领域具有广泛应用，而这些应用中的核心过程通常是等离子体与水溶液的相互作用。等离子体与水溶液的相互作用非常复杂，既包含种类繁多的气液两相反应，也包含相互耦合的粒子传质过程，使得现有的实验技术难以系统地阐释内在机制，仿真研究至关重要。10余年来，国内外对等离子体与水溶液相互作用的仿真研究取得了重要进展，基本解决了传质与反应参数缺乏的问题，从无到有建立了多种类型的仿真模型，并积极探索基于人工智能的新型仿真方法，显著提升了对该领域的认知水平。本文将从参数获取、模型构建到智能算法3个方面综述近年来的仿真研究进展，以期为国内同行和研究生提供参考。

图1 等离子体产生的与Aβ-淀粉样蛋白片段反应的动态演化过程

同行评价

等离子体处理水溶液是近年来的研究热点，但目前的实验技术难以全面检测气液两相活性粒子，使得活性粒子的产生机理不清楚，阻碍了应用发展。鉴于此，采用仿真方法研究等离子体处理水溶液非常重要，本文从基础参数获取、仿真模型构建和智能算法优化3个层面对仿真研究进行了综述，对同行有重要的参考价值。

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专题：低温等离子体非平衡输运与主动调控

等离子体沉积和刻蚀中离子与中性基团协同作用和表面形貌

宋柳琴，董婉，张逸凡，宋远红

物理学报, 2025, 74(23):235208

doi：10.7498/aps.74.20251236

cstr：32037.14.aps.74.20251236

低温等离子体沉积与刻蚀技术在芯片制造、平板显示器和光伏等等离子体辅助制造领域中具有至关重要的作用。而等离子体与材料之间的物理、化学相互作用机理，是揭示工艺过程本质、优化制程参数、提升器件性能与可靠性的重要科学基础。本工作基于流体混合模型并耦合表面形貌演化模型自洽模拟了不同放电参数下的等离子体放电特性以及沉积/刻蚀表面形貌，并给出了一些研究实例的模拟结果与讨论。在非晶硅薄膜沉积过程研究中发现，等离子体放电过程所产生的电子密度径向分布不均匀，会导致基片表面中性基团和离子通量分布乃至膜厚或膜质的不均匀。其中，离子能量分布还会影响薄膜中各元素的含量和成键情况，进而影响薄膜质量和性能。而在碳氟混合气体放电刻蚀SiO₂研究中，发现在裁剪电压波形的驱动下通过调节电极间距、谐波相位以及谐波次数，可实现对离子与中性基团的灵活控制，从而筛选出更优的放电参数以改善刻蚀效果。在感性耦合氯混合气体刻蚀Si的过程中，采用裁剪电压波形会使离子能量主要分布在高能区，这能显著提高刻蚀效率。综上，通过混合模拟可以实现等离子体放电与沉积/刻蚀过程的自洽耦合，总结离子与中性基团协同作用的本质规律，为工艺与设备的优化提供参考。

图1 (a) 裁剪电压波形和 (b) 射频偏压波形下的放电中心处刻蚀形貌图(刻蚀时间：9 s)

同行评价

薄膜沉积与刻蚀是低温等离子体的重要应用，其中的具体机理与过程需要深入研究，以便更好的优化参数，提升应用的效率与效果。本文基于流体混合模型并耦合表面形貌演化模型自洽的模拟了不同放电参数与条件下等离子体的放电特性及沉积与刻蚀的表面过程，模型使用合理，放电条件及相关参数考虑全面，计算工作量大，相关机理讨论逻辑清晰，物理过程考虑清楚，给出的物理机制比较合理。

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《物理学报》2025年第23期全文链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2025/23