We use the one-dimensional object-oriented particle-in-cell Monte Carlo collision code oopd1 to explore the properties and the origins of both the electric field and electron power absorption within the plasma bulk for a capacitively coupled oxygen discharge operated at 10 and 100 mTorr for a gap distance of 45 mm. The properties of the electric field at three different time slices as well as time averaged have been explored considering the moments of the Boltzmann equation. The electron power absorption is distinctly different at these operating pressures. The most relevant contributions to the electric field at different time steps come from the pressure terms, the ambipolar and the electron temperature gradient terms, along with the ohmic term. The same applies for the electron power absorption. At both 10 and 100 mTorr, the relative ohmic contribution to the electron power absorption remains roughly the same, while the ambipolar term contributes to power absorption and the temperature gradient term to electron cooling at 100 mTorr, and the opposite applies at 10 mTorr. At 100 mTorr, the discharge is weekly electronegative, and electron power absorption is mainly due to sheath expansion, while at 10 mTorr, it is strongly electronegative, and the electron power absorption occurs mainly within the electronegative core and the drift-ambipolar mode dominates. The agreement between the calculated values and the simulations is good for both the electric field and the electron power absorption within the plasma bulk and in the collapsed sheath region for all the cases considered.

中文翻译：

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氧气中低压射频驱动电容耦合放电中的电子功率吸收动力学

我们使用一维面向对象的细胞内粒子蒙特卡罗碰撞代码 oopd1 来探索在 10 和 100 下操作的电容耦合氧放电的等离子体体中电场和电子功率吸收的性质和起源mTorr 用于 45 mm 的间隙距离。考虑到玻尔兹曼方程的矩，已经探索了三个不同时间片以及时间平均的电场特性。在这些操作压力下，电子功率吸收明显不同。不同时间步长对电场最相关的贡献来自压力项、双极和电子温度梯度项，以及欧姆项。这同样适用于电子功率吸收。在 10 和 100 mTorr 时，对电子功率吸收的相对欧姆贡献保持大致相同，而双极项对功率吸收有贡献，温度梯度项对电子冷却在 100 mTorr 有贡献，而在 10 mTorr 时则相反。在 100 mTorr 时，放电为周电负性，电子功率吸收主要是由于鞘层膨胀，而在 10 mTorr 时，为强电负性，电子功率吸收主要发生在带负电性的核内，漂移-双极模式占主导地位。对于所有考虑的情况，计算值与模拟之间的一致性对于等离子体体内和塌陷鞘区域内的电场和电子功率吸收都是好的。而双极项有助于功率吸收，温度梯度项有助于 100 mTorr 的电子冷却，而在 10 mTorr 时则相反。在 100 mTorr 时，放电为周电负性，电子功率吸收主要是由于鞘层膨胀，而在 10 mTorr 时，为强电负性，电子功率吸收主要发生在带负电性的核内，漂移-双极模式占主导地位。对于所有考虑的情况，计算值与模拟之间的一致性对于等离子体体内和塌陷鞘区中的电场和电子功率吸收都是好的。而双极项有助于功率吸收，温度梯度项有助于 100 mTorr 的电子冷却，而在 10 mTorr 时则相反。在 100 mTorr 时，放电为周电负性，电子功率吸收主要是由于鞘层膨胀，而在 10 mTorr 时，为强电负性，电子功率吸收主要发生在带负电性的核内，漂移-双极模式占主导地位。对于所有考虑的情况，计算值与模拟之间的一致性对于等离子体体内和塌陷鞘区中的电场和电子功率吸收都是好的。放电为周电负性，电子能量吸收主要是由于鞘层膨胀，而在 10 mTorr 时为强电负性，电子能量吸收主要发生在电负性核内，漂移-双极模式占主导地位。对于所有考虑的情况，计算值与模拟之间的一致性对于等离子体体内和塌陷鞘区中的电场和电子功率吸收都是好的。放电为周电负性，电子能量吸收主要是由于鞘层膨胀，而在 10 mTorr 时为强电负性，电子能量吸收主要发生在电负性核内，漂移-双极模式占主导地位。对于所有考虑的情况，计算值与模拟之间的一致性对于等离子体体内和塌陷鞘区中的电场和电子功率吸收都是好的。