利用发射光谱研究ECR等离子体对钨的刻蚀

第41卷第12期2015年12月北京工业大学学报JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol.41No.12Dec.2015利用发射光谱研究ECR 等离子体对钨的刻蚀

王 波,王荷军,张 昀,王如志,张 铭

(北京工业大学材料科学与工程学院,北京 100124)

摘 要:研究不同刻蚀条件下等离子体对钨表面的刻蚀变化,并对其原因进行分析有助于进一步了解其对钨的刻蚀机理,从而为如何提高钨材料的使用寿命提供一定的理论支撑.采用光纤光谱仪(Avaspec-ULS2048-USB2)检测在不同放电条件下电子回旋共振(electron cyclotron resonance,ECR)等离子体中受激发的钨原子二钨离子谱线的相对强度,从而根据其谱线的相对强度可以直接地反映出不同刻蚀条件下的等离子体对钨表面刻蚀的强弱规律.结果表明:偏压越大对钨表面的刻蚀越严重,气压则呈现先增大后减小的趋势;在N 2-Ar 混合气体中随着N 2体积分数的增加对钨的刻蚀逐渐增强;而对比He二N 2和Ar 三种气体,He 等离子体对钨的刻蚀最为严重;在700W二0.1Pa 条件下,0~175V 偏压范围的He 等离子体对轧制态钨的刻蚀比再结晶态钨严重,而在175V 之后结果却相反.

关键词:电子回旋共振;钨;发射光谱;等离子体

中图分类号:U 461;TP 308

文献标志码:A 文章编号:0254-0037(2015)12-1901-05

doi :10.11936/bjutxb2015060091ECR Plasma Etching of Tungsten by Emission Spectrum

WANG Bo,WANG He-jun,ZHANG Yun,WANG Ru-zhi,ZHANG Ming

(College of Material Science and Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)Abstract :The etching of the plasma on the surface of tungsten under different etching conditions was studied,and analysis of its causes is helpful to further understanding the etching mechanism of tungsten in order to provide a certain theoretical support for how to improve the life of tungsten.By using Optical fiber spectrometer,the relative intensity of the excited tungsten atoms and tungsten ion spectra in the ECR plasma excited by different discharge conditions was directly reflected by the relative intensity of the spectra.The results show that the higher the bias voltage,the more severe the etching of the tungsten surface,and the pressure increased.The etching of tungsten increased with the increase of N 2content in N 2-Ar mixture gas.While in contrast to the three types of gas of He,N 2,and Ar,the etching of He plasma was the most serious.Under the condition of 700W and 0.1Pa,the etching of He plasma on the Rolling state tungsten was more serious than Re-crystalline tungsten in the range of 0-175V ,but the result was opposite after 175V.Key words :electron cyclotron resonance (ECR);tungsten;emission spectrum;plasma

收稿日期:2015-06-30

基金项目:ITER 专项项目(2013GB109003)

作者简介:王 波(1966 ),男,教授,主要从事金属PFM 材料方面的研究,E-mail:wangbo@https://www.360docs.net/doc/d56247008.html, 由于化石能源的逐渐枯竭,人类加快了寻找一

种能够取代化石能源的新能源的步伐.受控热核聚变能被认为是可有效地解决人类未来能源需要的主要途径之一[1].虽说热核聚变技术从基础研究阶段

已经进入工程可行阶段[2-5].但是,若想有效利用这种聚变能还存在诸多的技术难题,其关键问题之一就是面向高温等离子体的第一壁结构材料的选择.

钨材料是一种重要的战略金属材料,其表面裂纹二表