Numerical modelling of spatio-temporal patterns in a DC-driven gas discharge-semiconductor system

Abstract

Bu tezde yüksek dirençli yarı iletken tabaka ile birleştirilmiş DC güdümlü düzlemsel deşarj katmanını içeren sistemde uzay-zamansal yapının oluşumunun nümerik modellenmesi 1 ve 2 boyutlu olarak kartezyen geometride çalışılmıştır. Nümerik model, iyonlar ve elektronlar için süreklilik denklemlerini, elektrik alan için Poisson denklemini, arka plandaki gaz için enerji denge denklemini içerir. Durumlar Townsend rejimden glow deşarja geçişe karşılık gelir. Hesaplamalar orta basınçlı nitrojen için Comsol Multiphysics ve Matlab paketleri kullanılarak yapılmıştır. İlk olarak, sistemin periyodunun ikiye katlanmasındaki çatallanma 1 boyutlu gözlenmiştir ve Lorenz çizimi uygulanmıştır. Daha sonra, durgun yapı oluşumu 2 boyutlu modelde çalışılmıştır. Çeşitli arka plan gaz sıcaklığında, değişik model yaklaşımlarının etkisi incelenmiştir.

In this thesis, numerical modelling of temporal and spatial pattern formation in the planar layered system, consisted of a DC driven planar gas discharge layer, coupled to high ohmic semiconductor layer, is carried out in 1D and 2D Cartesian geometry. Numerical model includes continuity equations for ions and electrons, the Poisson equation for the electric field, the energy balance equation for the background gas. The conditions correspond to a transition from the Townsend regime to the glow discharge. Calculations are performed for the nitrogen at medium pressure, using Comsol Multiphysics and Matlab packages. First, period doubling bifurcation of the system is observed within 1D model and related Lorenz maps are derived. Then, stable pattern formation is studied within 2D model. The effects of different modeling approaches, including the effect of heating of the background gas, is examined.