具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如前所述，等离子体发生器产生的电子密度主要受输入电参数(例如功率或电流)和等离子体发生器内的腔室气压等参数的影响。因此，为了实现等离子体发生器产生的电子密度的可控，需要保证对输入电参数和腔室气压的精确把控。

通常，输入电参数可以实现较为准确的测量，而由于测量等离子体发生器腔室气压的真空计设置于等离子体发生器的腔室外部。因此，真空计测量的气压值与等离子体发生器的真实腔室气压存在差异。

为了解决该技术问题，可以考虑采用仿真模拟计算的方法，以对等离子体发生器的腔室气压进行校准。

下面描述以上构思的具体实现方式。

请参考图1，本发明实施例提供了一种等离子体发生器的腔室气压的校准方法，该方法包括：

步骤100、在预设实验条件下，测量等离子体发生器腔室内的真实电子密度分布；其中，预设实验条件包括预设腔室气压；

步骤102、基于预设腔室气压，确定多个待输入腔室气压；其中，待输入腔室气压与预设腔室气压的差值的绝对值小于第一预设差值；

步骤104、针对每一个待输入腔室气压，将该待输入腔室气压和除预设腔室气压外的预设实验条件输入到预先构建好的仿真模型中，得到与该待输入腔室气压相对应的模拟电子密度分布；

步骤106、基于真实电子密度分布，在得到的多个模拟电子密度分布中确定出目标模拟电子密度分布，并将与目标模拟电子密度分布对应的待输入腔室气压作为腔室的气压。

在本发明实施例中，通过实验的方法测量等离子体发生器的真实电子密度分布；基于实验条件构建等离子体发生器的仿真模型，基于实验腔室气压，确定多个待输入腔室气压，将每一个腔室气压输入到仿真模型中参与计算，得到多个模拟电子密度分布；通过比较真实电子密度分布和模拟电子密度分布，确定出目标模拟电子密度分布，该模拟电子密度分布对应的腔室气压即认定为等离子体发生器的腔室气压。通过该方法可以精确校准等离子体发生器的腔室气压。

下面对上述各个步骤分别进行说明。

针对步骤100，在一些实施方式中，例如可以利用汤姆孙散射的方法测量等离子体发生器腔室内的真实电子密度分布。

汤姆孙散射光谱中携带着等离子体涨落的信息，通过测量汤姆孙散射光谱可以高精度地测量等离子体内的电子密度，进而获得电子密度分布。因此，通过汤姆孙散射测量法得到的电子密度分布可以认为是等离子体发生器腔室内的真实电子密度分布。

需要说明的是，测量等离子体电子密度的方法有很多种，例如还可以采用巴尔曼系光谱法、光谱强度法、光学散射法、光学法拉第旋转法、激光差拍法、微波谐振腔法、微波散射法、高频电导率探针法等。可以针对不同范围的电子密度，选用不同的测量方法，在此不进行具体限定。

针对步骤102，在一些实施方式中，步骤102包括：

以预设腔室气压为基准，按照气压的变化方向，确定等离子体发生器腔室气压的波动范围；

基于腔室气压的波动范围，确定分割阈值，按照气压的变化方向依次分割出多个待输入腔室气压，两个相邻的待输入腔室气压的压差的绝对值小于第二预设差值。

在该实施例中，通过基于气压的变化方向确定的待输入腔室气压，可以使得待输入腔室气压更容易覆盖真实腔室气压，即可以保证在所确定出的待输入腔室气压中快速找到真实腔室气压，从而可以减少仿真计算的工作量。

其中，气压的变化方向和测量气压的装置(例如真空计)位于等离子体发生器腔室的位置有关。例如，若预设腔室压力对应的真空计位于等离子体发生器腔室的进口端，则该预设腔室压力为等离子体发生器腔室压力的最大值，若真空计显示腔室压力为70Pa，则将腔室压力的波动范围确定为50～70Pa；反之，若预设腔室压力对应的真空计位于等离子体发生器腔室的末端，则该预设腔室压力为等离子体发生器腔室压力的最小值，若真空计显示腔室压力为70Pa，将腔室压力的波动范围确定为70～90Pa；在腔室压力波动范围内，分割阈值取0.5Pa，得到40个待输入腔室气压。

针对步骤104，在一些实施方式中，如图2所示，步骤104中提及的仿真模型是二维轴对称结构，图2中网格线与横纵坐标的标尺相对应。具体地，该仿真模型以等离子体发生器的轴线为纵轴，在纵轴的一侧依次构建腔室1、腔室的侧壁2、电感线圈3和空气层4；其中，电感线圈3为电能输入装置，在其他仿真模型中，可以用正负电极代替电感线圈。

在该实施例中，基于等离子体发生器为轴对称结构，构建二维轴对称仿真模型，仿真结束后，获得截线面的电子密度分布，以对称轴为基准点，旋转360°即可得到整个等离子体发生器腔室的电子密度分布。因此，该二维模型不仅简单有效，而且可以降低仿真时间。其中，空气层4的设置有利于电感线圈3产生的磁感线的有效闭合及网格划分。

需要说明的是，该实施例虽然只针对感性耦合等离子体(ICP)发生器进行了建模仿真，但并不能理解为对仿真模型的限定。例如针对容性耦合等离子体(CCP)仿真，可在构建仿真模型时用正负电极作为电能输入装置(代替电感线圈)；又例如介质阻挡放电等离子体(DBD)仿真，可在构建仿真模型时用正负电极作为电能输入装置(代替电感线圈)，将腔室侧壁作为阻挡的介质层；又例如螺旋波等离子体仿真，可用螺旋波天线作为电能输入装置(代替电感线圈)。综上，只要可以利用仿真的方法实现电子密度测量的低气压等离子体仿真都落入本发明的保护范围。需要说明的是，为了尽可能地保证由仿真模型得到的模拟电子密度分布的真实有效性，输入到仿真模型的腔室大小、腔室侧壁的厚度、电感线圈的匝数及电功率等参数应当与上述预设实验条件一致。

在一些实施方式中，预设实验条件包括电参数、通入腔室的气体的种类、电化学反应的反应系数、壳体的侧壁的表面反应系数以及腔室侧壁的材料；其中，电化学反应的反应系数和壳体的侧壁的表面反应系数均与通入所述腔室的气体的种类有关。

例如，电功率为350W，采用氩气为电离气体，则需要在仿真模型中预先输入7种电化学反应系数，3种侧壁接触处的表面反应的反应系数，以保证仿真模型的初始条件与实验条件的一致性，从而确保仿真计算结果的准确性。

需要说明的是，本实施例仅以氩气为例，给出了模型构建中需要设置的参数类别，其它气体例如氢气、氧气等，需要输入到仿真模型中的参数类别也包括电化学反应的反应系数、壳体的侧壁的表面反应系数，本申请不再一一列举。

在一些实施方式中，步骤“得到与该待输入腔室气压相对应的模拟电子密度分布”具体包括：

设定一个采样间隔，仿真开始后，每隔一个采样间隔，采集一次等离子体发生器内的电子密度，获得等离子体发生器内的电子密度分布，并将该电子密度分布与上一个采样间隔获得的电子密度分布做比较，当两个相邻间隔内获得的电子密度分布不再变化，即认为等离子体发生器内的等离子体反应已经达到稳态；

此时，将该稳态工况下获得的等离子体发生器内的电子密度分布作为与待输入腔室气压相对应的模拟电子密度分布(可参见图3)。

在该实施例中，通过计算机采样的方式，可以获取等离子体反应的瞬态变化，从而确定等离子体反应的收敛时间，获取稳态工况下的模拟电子密度，并结束本次计算，该采样方式可以避免获取非收敛工况下的电子密度以及仿真程序的无效运行。

针对步骤106，在一些实施方式中，步骤106包括：

针对每一个模拟电子密度分布，确定该模拟电子密度分布中最大电子密度与真实电子密度中最大电子密度的差值的绝对值是否小于第三预设差值；若是，则将该模拟电子密度分布确定为候选模拟电子密度分布；

针对每一个候选模拟电子密度分布，计算每一个测量电子密度的位置对应的真实电子密度和模拟电子密度的差值，基于所有测量电子密度的位置对应的差值的平均值或均方差，在得到的候选模拟电子密度分布中确定出目标模拟电子密度分布。

在该实施例中，先通过模拟电子密度分布中最大电子密度来筛选出候选模拟电子密度分布，如此有利于减少确定出目标模拟电子密度分布的计算时间，提高计算效率；然后通过所有测量电子密度的位置对应的差值的平均值或均方差，有利于确定出稳定性最高或误差最小的候选模拟电子密度分布，即可确定出目标模拟电子密度分布。

在一些实施方式中，步骤“基于所有测量电子密度的位置对应的差值的平均值或均方差，在得到的候选模拟电子密度分布中确定出目标模拟电子密度分布”包括：

将所有测量电子密度的位置对应的差值的平均值或均方差最小的候选模拟电子密度分布作为目标模拟电子密度分布。

其中，通过模拟电子密度分布中最大电子密度来筛选出候选模拟电子密度分布的原因在于：可参见图4和图5，从图中可以看出，电子密度的最大值出现在等离子体发生器的中心点，这主要是由等离子体发生器为轴对称结构决定的。因此，在确定目标模拟电子密度分布时，以最大电子密度为比较基准是合理的，可以降低筛选的难度。

在一些实施方式中，在步骤106之后，还包括：

改变预设实验条件的预设腔室气压，并继续执行测量腔室内的真实电子密度分布，直至获得该实验条件下的腔室的气压；

针对每一个实验条件，基于该实验条件对应的真实电子密度分布中的最大电子密度和腔室的气压，绘制最大电子密度和腔室的气压的关系图(可参见图6)。

在该实施例中，在测量出腔室内的电子密度后，能够根据最大电子密度和腔室的气压的关系图，快速确定腔室内的实际气压。

需要说明的是，由于等离子体发生器内的电子密度分布是不均匀的，且呈现明显的空间对称分布。因此，选择最大电子密度映射腔室气压是合理有效的。其中，图6中的腔室气压和腔室内的最大电子密度呈线性关系。

本发明实施例还提供了一种等离子体发生器的腔室气压的校准系统，包括：

电子密度测量装置，用于在预设实验条件下，测量腔室内的真实电子密度分布；其中，预设实验条件包括预设腔室气压；

仿真设备，设置有预先构建好的仿真模型；

仿真设备，用于执行：

获取多个待输入腔室气压；其中，待输入腔室气压与预设腔室气压的差值的绝对值小于第一预设差值；

针对每一个待输入腔室气压，将该待输入腔室气压和除预设腔室气压外的预设实验条件输入到仿真模型中，得到与该待输入腔室气压相对应的模拟电子密度分布；

基于真实电子密度分布，在得到的多个模拟电子密度分布中确定出目标模拟电子密度分布，并将与目标模拟电子密度分布对应的待输入腔室气压作为腔室的气压。

在一些实施方式中，仿真设备中的仿真模型是二维轴对称结构，该仿真模型以等离子体发生器的轴线为纵轴，在纵轴的一侧依次构建腔室1、腔室的侧壁2、电感线圈3和空气层4。

需要说明的是，该仿真设备中的仿真模型虽然只针对感性耦合等离子体(ICP)发生器进行了建模仿真，但是并不能理解为对仿真设备的限定。如校准方法所述，只要可以利用仿真的方法实现电子密度测量的低气压等离子体仿真设备都落入本发明的保护范围。

在一些实施方式中，仿真设备中仿真模型的预设实验条件包括电参数、通入腔室的气体的种类、电化学反应的反应系数、壳体的侧壁的表面反应系数以及腔室侧壁的材料；其中，电化学反应的反应系数和壳体的侧壁的表面反应系数均与通入所述腔室的气体的种类有关。

在一些实施方式中，仿真设备在执行基于真实电子密度分布，在多个模拟电子密度分布中确定出目标模拟电子密度分布时，用于执行如下步骤：

针对每一个模拟电子密度分布，确定该模拟电子密度分布中最大电子密度与真实电子密度中最大电子密度的差值的绝对值是否小于第三预设差值；若是，则将该模拟电子密度分布确定为候选模拟电子密度分布；

针对每一个候选模拟电子密度分布，计算每一个测量电子密度的位置对应的真实电子密度和模拟电子密度的差值，基于所有测量电子密度的位置对应的差值的平均值或均方差，在得到的候选模拟电子密度分布中确定出目标模拟电子密度分布。

在一些实施方式中，仿真设备还用于执行：

改变预设实验条件的预设腔室气压，并继续执行测量腔室内的真实电子密度分布，直至获得该实验条件下的腔室的气压；

针对每一个实验条件，基于该实验条件对应的真实电子密度分布中的最大电子密度和腔室的气压，绘制最大电子密度和腔室的气压的关系图。

上述校准系统的各实施例由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。