电子回旋共振等离子体及其在材料加工中的应用
等离子体的等离子体共振
等离子体的等离子体共振等离子体是由正负电荷的离子和自由电子构成的一种有电中性的物质状态，具有高度电离和导电性的特性。
等离子体共振是等离子体中电磁波与等离子体自身振动的耦合现象，是等离子体物理中的一个重要现象，并在各种领域得到广泛应用。
等离子体共振的理论基础可以由等离子体的麦克斯韦方程组和流体力学方程组推导得出。
在等离子体共振的研究中，最常用的是Maxwell 方程组取加性波的模型，即在不考虑介质弛豫的情况下研究等离子体共振的性质。
为了研究等离子体共振，一种常见的实验方法是使用等离子体激光共振器。
首先，我们需要准备一个大气压下工作的等离子体激光辐射源，例如，氩离子激光、二次谐波激光或者自由电子激光。
然后，将激光束引导进一个加热的等离子体管道中，例如，离子管、真空室、等离子体炉等。
在实验过程中，我们通常会测量等离子体中的电场、速度和密度等物理量。
例如，为了测量等离子体中的电场，可以使用电场探针，利用探针上的电子受到等离子体中的电场力而产生的电流来测量电场强度。
为了测量等离子体中的速度，可以使用激光雷达或者飞行时间质谱仪等设备。
为了测量等离子体中的密度，可以使用微波干涉仪或者阻抗探测器等装置。
等离子体共振在许多领域中都有广泛应用。
在材料科学中，可以利用等离子体共振来研究材料的等离子体性质，例如，等离子体禁带宽度和等离子体频率响应等。
在等离子体物理学中，等离子体共振是研究等离子体平衡态和非平衡态行为的重要手段。
在等离子体抑制等离子体体积中等离子体共振和等离子体辐射反应的实验装置中也可应用等离子体共振。
此外，等离子体共振还在等离子体诊断、等离子体燃烧和等离子体加热等领域有广泛应用。
例如，在核聚变研究中，等离子体共振可用于研究等离子体的温度和密度分布，并且在等离子体加热实验中有大量运用。
在等离子体激光器中，等离子体共振是实现等离子体激光放大和生成的关键。
总结起来，等离子体共振是等离子体物理中的重要现象，其研究不仅可以深化对等离子体共振现象的理解，还可以推动等离子体技术和应用的发展。
等离子共振知识点
等离子共振知识点等离子共振是一种物理现象，指的是等离子体中的自由电子与电磁波之间的相互作用。
在等离子体中，自由电子受到电磁波的作用而发生振荡，形成共振现象。
本文将介绍等离子共振的基本原理、应用领域以及相关实验和研究进展。
1. 等离子共振的基本原理1.1 等离子体的特性等离子体是由正负电荷互相抵消的体系，其中自由电子数量相对较多，使得等离子体具有导电性和发光性等特性。
1.2 电磁波的作用电磁波是一种能够传播的波动现象，包括光波、无线电波等。
当电磁波与等离子体相互作用时，可以引起自由电子的振荡。
1.3 自由电子的共振当电磁波的频率与自由电子的振荡频率相匹配时，会引发自由电子的共振现象。
此时，电磁波的能量可被传递给自由电子，增强等离子体中的电磁场。
2. 等离子共振的应用领域2.1 光谱学等离子体的共振现象对于光的传播和吸收有重要影响。
通过对等离子共振的研究，可以获得物质的光谱信息，用于分析和识别物质的成分和结构。
2.2 等离子体显示器等离子共振在等离子体显示器（Plasma Display Panel, PDP）中得到广泛应用。
在PDP中，通过控制等离子体中自由电子的振荡和共振，实现像素点的发光或关闭，从而呈现图像和视频。
2.3 等离子体加工技术等离子共振的特性使其成为一种重要的表面处理技术。
等离子体在材料表面的共振激发可以改变表面的性质，如增加表面粗糙度、提高涂层附着力等，用于制备功能性材料和薄膜。
3. 相关实验和研究进展3.1 等离子体共振模型为了更好地理解等离子共振现象，科学家建立了各种理论模型。
其中包括等离子体振荡模型、等离子体谐振模型等。
这些模型为研究者们提供了分析等离子共振特性的工具和理论基础。
3.2 等离子共振在医学中的应用近年来，等离子共振在医学中的应用逐渐被发现。
研究者们利用等离子共振的特性开展了光热治疗、等离子体医学成像等领域的研究，为医疗技术的发展带来新的思路和方法。
3.3 激光等离子体共振激光等离子体共振是一种新兴的研究领域，研究者们利用激光与等离子体的相互作用实现了精细的控制。
ECR等离子体
电子回旋共振等离子体(Electron CyclotronResonance,ECR)z ECR等离子体源发展历史：（1）微波电源的发展1921： 磁控管 1939：速调管（2）二战中微波技术的迅速发展雷达（3）微波灶的普及 1960-1970微波电源价格大幅度下降（4）1970年代前期：高温核聚变等离子体微波加热后期：日本，捷克 低温等离子体应用（5）1980 集成电路芯片刻蚀加工：低气压高密度等离子体源竞争ECR,ICP.Helicon.Hitachi, Astex.z ECR等离子体源结构:z 微波电子回旋共振加热原理（a）微波ECR 等离子体内的有效电场B 0 0≠()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+−+++=2222222112~c c c c ceffv v v E E ωωωω [对比] B 0=022222~cc effv v EE +=ω特性电子回旋频率附近，击穿电场显著降低。
实验结果：回旋运动角频率ωce= eB0/m e =ωwave(b)ECRplasma 中微波传输及吸收的主要特性---微波ECR 等离子体为各向异性介质,沿磁场方向传播的TE 波将分为右旋偏振波和左旋偏振波,色散关系为：n2R=1-(ω2pe/ (ω - ωce)ω)n2L=1-(ω2pe/ (ω + ωce)ω)右旋波的共振和截止条件为:ωce/ω =1 (共振条件: n R =∞)ω2pe/ω2=1-ωce/ ω(截止条件: n R =0)----微波不同馈入模式的结果低场馈入：图中路径a-----> 右旋波在低密度区截止（对应的临界密度n crit= n c (1 - ωce/ω)----->低密度高场输入：图中路径b,没有高密度截止------>高密度运行条件-------共振区中右旋波的共振吸收功率P abs (r,z) = P input(r,z)[1-exp(-πη)]η = ω2pe/ ωcα , c 为光速, α =1/B0(r,z )dB(r ,z )/dz .------〉共振吸收功率,不仅与微波场分布,而且还与磁场位形有关。
ecr磁控溅射原理
ecr磁控溅射原理ECR磁控溅射原理什么是ECR磁控溅射？ECR磁控溅射（Electron Cyclotron Resonance Magnetron Sputtering）是一种常用的薄膜制备技术，它利用电子回旋共振效应和磁控溅射技术相结合，能够在低温下制备高质量的薄膜。
下面将介绍ECR磁控溅射的工作原理及其应用。
电子回旋共振效应电子回旋共振效应是指当带有准确频率的外加射频电场作用于等离子体中自由电子时，电子会在磁场的引导下形成一个稳定的轨道运动。
这种回旋共振现象可以让电子获得足够的能量和速度，从而具备溅射衬底表面的能力。
磁控溅射技术磁控溅射是利用电子轨道高度控制的特点，通过磁场将惰性气体（如氩气）离子化，形成等离子体，并加速氩离子轰击靶材产生溅射。
溅射的靶材会被氩离子击中并释放出原子或分子，然后在真空中沉积到衬底表面形成薄膜。
ECR磁控溅射原理ECR磁控溅射利用强大的射频电磁场与静磁场相互作用，使电子在磁场中回旋共振，得到足够的能量后，将能量传递给惰性气体成为等离子体。
在等离子体的作用下，靶材表面的原子或分子被离子击中并溅射，最终形成薄膜。
ECR磁控溅射的优势•低温制备：ECR磁控溅射的工作温度相对较低，可以制备高熔点材料薄膜。
•高纯度薄膜：由于只有靶材物质被击中溅射，薄膜的纯度较高。
•高沉积速率：ECR磁控溅射能够提供较高的离子能量和流密度，导致较高的沉积速率。
•薄膜质量优良：ECR磁控溅射制备的薄膜具有较高的致密性、较好的附着力和较小的残余应力。
ECR磁控溅射的应用ECR磁控溅射技术广泛应用于微电子器件、光学薄膜、磁性薄膜、超硬涂层等领域。
各种功能薄膜的制备都可以采用ECR磁控溅射技术进行，如导电膜、阻障膜、光学反射膜等，满足了不同应用领域对薄膜性能要求的多样化需求。
ECR磁控溅射技术的发展不仅拓展了薄膜制备的领域，还为多种先进功能材料的研究提供了强有力的工具和手段。
未来随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，ECR磁控溅射必将发挥更加重要的作用。
电子回旋共振等离子体沉积
ECR-CVD machine
优点
• 降低CVD成膜温度 • 获得高质量的导电薄膜 • 获得各种其他薄膜，如绝缘介质薄膜，合 金薄膜等
电子回旋共振等离子体沉积
(ECR-CVD) 09微电2
什么是电子回旋共振(ECR)？
• 在875GS（高斯）的磁场中，电子受洛伦 兹力发生回旋运动，同时，在此区域内存 在2.45GHZ的微波，电子的回旋运动和微 波就会发生共振现象。
什么是等离子体？
• 等离子体又叫做电浆，是由部分电子被剥 夺后的原子及原子被电离后产生的正负电 子组成的离子化气体状物质，它广泛存在 于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外， 物质存在的第四态。等离子体是一种很好 的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以 捕捉、移动onal!
沉积过程
• 电子在微波电场中将被不断同步、无碰撞 加速而获得的能量大于离子获得的能量， 如果在两次碰撞之间电子共振吸收微波的 能量大于气体粒子的电离能、 分子离解能 或某一状态的 • 激发能，那么将产生碰撞电离、分子离解 和粒子激活，从而实现等离子体放电和获 得活性反 • 应粒子，形成高密度的 ECR 低温等离子体。
介质阻挡放电等离子体及其在材料制备中的应用
介质阻挡放电等离子体及其在材料制备中的应用【导读】在材料制备过程中，介质阻挡放电等离子体被广泛应用。
本文将深入探讨介质阻挡放电等离子体的基本原理和制备方法，并进一步讨论其在材料制备中的应用。
通过阅读本文，您将对介质阻挡放电等离子体有一个深入的了解，并对其在材料制备中的潜在应用有更清晰的认识。
1. 引言介质阻挡放电等离子体是一种在气体或液体中形成的等离子体。
它是由电子、正离子和中性分子组成的，并且在介质表面形成电子密度较高的“电子云”。
介质阻挡放电等离子体具有很高的活性和能量，因此其在材料制备中具备广泛的应用。
2. 介质阻挡放电等离子体的基本原理2.1 构成要素介质阻挡放电等离子体的构成要素包括：电源、介质和阴极。
电源提供能量，介质用于在阴极表面形成等离子体，而阴极则起到引导电子的作用。
2.2 放电模式介质阻挡放电等离子体的放电模式主要有以下几种：正常放电、陷阱放电和笼放电。
正常放电是指在介质中形成均匀的等离子体，陷阱放电是指在介质的某个特定位置形成等离子体，而笼放电是指在介质的局部区域形成等离子体。
3. 介质阻挡放电等离子体的制备方法3.1 电极形状和尺寸的优化通过优化电极的形状和尺寸，可以改变介质阻挡放电等离子体的形态和活性。
采用具有特殊形状的电极，可以在特定位置形成陷阱放电，从而实现对特定区域的材料处理。
3.2 气体流动速度的控制通过控制气体流动速度，可以调节等离子体的密度和活性。
较高的气体流动速度能够增加等离子体的活性，从而提高材料的处理效果。
3.3 外加电场的施加外加电场的施加可以增加等离子体的能量，从而提高材料的加工速度和质量。
外加电场的施加可以通过调整电源参数来实现。
4. 介质阻挡放电等离子体在材料制备中的应用4.1 涂层技术通过介质阻挡放电等离子体，可以制备具有特殊性能的涂层材料。
采用磁控溅射等离子体技术，可以获得具有高硬度和耐磨性的涂层材料，用于提高制动系统的性能。
4.2 表面改性通过介质阻挡放电等离子体，可以实现对材料表面的改性。
等离子体的电磁特性与应用研究
等离子体的电磁特性与应用研究引言：等离子体是物理学中一种特殊的物质状态，是由电子和正离子组成的气体，具有电磁特性的研究涉及电磁场等多个物理学领域。
本文将详细解读等离子体的电磁特性以及相关实验的准备和过程，并讨论其在不同领域的应用。
一、等离子体的电磁特性：等离子体的电磁特性是其研究的核心内容之一。
在等离子体中，电子跟离子之间存在高度的耦合作用，主要包括电子电场耦合、离子电场耦合和电流耦合等。
等离子体的电磁特性与外加电场和电流的作用下发生变化，反过来也会对外界的电磁场产生影响。
二、实验准备：1. 等离子体产生设备：常见的等离子体产生设备包括等离子体注入器、电弧等离子体炉、等离子体体积放电器等。
通过调节设备中的电压、电流、气体种类和压强等参数，可以产生不同性质的等离子体。
2. 等离子体参数测量仪器：包括等离子体参数测量仪、电场测量仪、磁场测量仪以及等离子体测温仪等，用于获取等离子体的电磁参数，如电子密度、电子温度、离子密度、离子温度、等离子体分子成分等。
3. 实验室环境准备：需要消除电磁辐射、磁场干扰等环境因素对实验的影响，保证实验结果的准确性和可重复性。
三、实验过程：1. 等离子体产生：使用等离子体产生设备，根据实验需求选择合适的产生方法，如射频等离子体产生、辉光放电产生等。
通过控制气体、电压和电流等参数，产生稳定的等离子体。
2. 实验参数调节：调整等离子体产生设备的参数，如气体种类和压强、电压和电流强度等，以改变等离子体的性质。
同时，利用等离子体参数测量仪器监测和确定等离子体的电磁参数。
3. 外加电磁场：使用电磁场产生设备，如电磁铁、电极等，施加外加电磁场对等离子体进行激发或操控。
观察等离子体的响应和变化，记录所得数据。
4. 数据分析和实验结果：根据实验获得的等离子体的电磁参数和外界电磁场的作用，进行数据分析和实验结果的总结，进一步探讨等离子体的电磁特性和与外界的相互作用机制。
四、应用研究：等离子体的研究在多个领域具有重要的应用价值：1. 等离子体在能源领域的应用：等离子体体积放电器在核聚变领域有广泛应用，通过调控等离子体的电磁特性，实现核聚变反应，产生高能量的等离子体束。
高温等离子体在材料加工中的应用
高温等离子体在材料加工中的应用高温等离子体作为一种高温、高能量的状态，具有广泛的应用领域，其在材料加工中也发挥着重要作用。
本文将介绍高温等离子体在材料加工中的应用，并对其特点和优势进行探讨。
首先，高温等离子体在材料加工中的应用范围广泛。
从金属材料到非金属材料，从微观加工到宏观加工，高温等离子体都可以发挥其特殊作用。
在金属材料加工中，高温等离子体可用于熔化、烧蚀和腐蚀等各个阶段的加工过程。
而在非金属材料加工中，高温等离子体则可以用于增强材料的表面硬度、改善材料的光学性能以及实现材料的刻蚀和雕刻等作用。
其次，高温等离子体在材料加工中具有高效率、高精度和高质量的特点。
由于高温等离子体具有高温、高能量的特性，因此能够快速完成加工过程，并且能够实现对材料的微观结构和性能的精确控制。
例如，在材料的表面处理中，高温等离子体可以实现对材料表面的“上海效应”，从而使得材料表面光滑度得到显著提高。
同时，高温等离子体在材料加工中还可以实现对材料的精确控制，通过调节等离子体的参数（如射频功率、等离子体气体浓度等），可以实现对材料加工过程中的温度、能量和离子流等的控制，从而实现对材料性能的精确调节。
再次，高温等离子体在材料加工中还具有可持续性和环保性的特点。
传统的材料加工方法可能会产生大量的污染物，对环境造成严重的影响。
而高温等离子体作为一种清洁能源，其能够减少或避免对环境的污染。
在高温等离子体加工过程中，几乎不产生废水、废气和废渣等污染物，因此具有较小的环境风险和较高的可持续性。
最后，高温等离子体在材料加工中的应用还具有巨大的潜力。
随着科技的不断进步和技术的不断创新，高温等离子体在材料加工中的应用正不断扩展。
例如，在微纳米加工领域，高温等离子体可以用于纳米粉末材料的制备、纳米薄膜的溅射和纳米芯片的刻蚀等。
另外，随着材料科学的发展，高温等离子体也可以应用于新型材料的合成和改性，从而拓宽材料加工的领域和方法。
综上所述，高温等离子体在材料加工中的应用具有广泛的范围、高效率、高精度、高质量、可持续性和环保性等特点。
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低温等离子体应用调研报告ECRPlasmaProcessing-1-
电子回旋共振等离子体及其在材料加工中的应用02级近代物理系等离子体谢会乔PB02203013
摘要对ECR等离子体放电原理,特点,参数诊断,以及在薄膜沉积和刻蚀方面的应用做一简要调研.
关键词ECRPlasmafilmetching目录§1引言1§2ECR等离子体概述2§2.1ECR放电原理..........................................2§2.2ECR等离子体源的优点.....................................2
§3ECR等离子体实验参数3§3.1等离子体实验参数.......................................3§3.2利用双探针对射频偏置ECR–PECVD等离子体参数测量.................3§3.2.1实验装置.........................................3§3.2.2实验结果.........................................4§3.3栅网与偏压对ECR等离子体特性影响的测量........................4§3.3.1实验装置.........................................4§3.3.2实验结果.........................................5
§4气体放电等离子体应用简介5§4.1等离子体表面改性.......................................6§4.1.1薄膜沉积.........................................6§4.1.2刻蚀...........................................7§4.2ECR等离子体活化CVD沉积CNxHy薄膜...........................7
§4.3ECRCCl2F2/Ar/O2等离子体放电刻蚀GaAs........................8
§5结论9参考文献9
§1引言20世纪70年代晚期,Suzuki等[1]介绍了电子回旋共振（ElectronCyclotronResonance:ECR）等离子体可以用在硅的亚显微结构刻蚀上.早期实验表明ECR放电可以在中低压强下（10
−4−5×10−3
Torr）
产生高密度等离子体（Ne∼1011−1012/cm−3）,并同时保持较低的等离子体电势.低温等离子体应用调研报告ECRPlasmaProcessing-2-
在这种处理工艺条件下,离子成为重要的一种化学活性粒子组分,此时离子平均自由程大于离子壳层厚度.所以,通过在基板电极上加入独立的射频（RF）偏压,离子速度大小和方向可控,直接通过基片离子壳打在基片上.离子在穿过离子壳层时没有碰撞,以正常方式撞击基片.通过调整微波能量可以控制离子流,通过调整基片电极偏压可以控制轰击能量,因为离子流垂直于基片表面,通过合适地调整阻挡层,可以在基片上实现方向性很好的基片亚显微刻蚀.
上世纪90年代,ECR等离子体工艺技术已经相当成熟.发展了多种ECR等离子体装置和等离子体源设计思想,并在众多低压等离子体工艺中得到应用[2].
§2ECR等离子体概述在实验室中,有很多方法和途径可以产生等离子体,如气体放电、激光压缩、射线辐照及热电离等,但最常见和最主要的还是气体放电法.气体放电可分为电晕放电、辉光放电和电弧放电.辉光放电又可以分为直流辉光放电、射频辉光放电和微波放电.
微波放电是将微波能量转换为气体分子的内能,使之激发、电离以产生等离子体的一种放电方式.这种放电虽然与射频放电有许多相似之处,但能量的传输方式却不相同.在微波放电中,通常采用波导管或天线将由微波电源产生的微波耦合到放电管内,放电气体存在的少量初始电子被微波电场加速后,与气体分子发生非弹性碰撞并使之电离.若微波的输出的功率适当,便可以使气体击穿,实现持续放电.
电子回旋共振的诞生和发展直接来源于高功率微波源的实现.
§2.1ECR放电原理图1为微波ECR等离子体放电装置示意图,这种放电装置分为两部分,即放电室和工作室.在放电
图1:微波ECR等离子体放电装置室中,工作气体中的初始电子在由电流线圈产生的稳恒磁场的作用下,绕磁力线做回旋运动.电子的回旋频率为ωce=eBme.(1)
其中,B为磁感应强度,e为电子电量,me为电子质量.通过通过适当地调整磁场的空间分布,使得电子回旋频率在沿放电室的轴向上某一位置与微波的圆频率ω一致,那么就会产生共振现象,称为电子回旋共振.对于这种类型的放电装置,微波的频率一般为2.45GHz,那么发生共振的磁感应强度为875高斯.实际上,磁场沿着轴线是发散的.借助于发散磁场的梯度,可以将放电室中产生的等离子体输送到工作室中以供使用[2].
§2.2ECR等离子体源的优点使用ECR等离子体源有很多显著优点,可以在较低气压下产生比较高密度的等离子体;由于气压较低,离子和活性粒子的平均自由程较长;等离子体电势较低;不需要放置在等离子体内电极,从而不会低温等离子体应用调研报告ECRPlasmaProcessing-3-
产生电极蒸发污染.
在等离子体刻蚀和沉积方面,由于产生的等离子体电离率高,密度高,无电极污染,并具有丰富的高能电子与紫外光子,对刻蚀和沉积有很好的作用.离子可以不经过碰撞而达到基片上,可以保持很好的方向性,离子流和离子能量可以独立控制,这些特点对刻蚀工艺极为有利.在ECR–PECVD装置中可以对基片施加射频偏压来独立地控制轰击基片的离子能量,以进一步提高和改善薄膜的性能[2,3].
§3ECR等离子体实验参数等离子体工艺中对各参数的诊断及测量,有助于进行等离子体物理研究,诊断技术的发展,以及对工艺参数的改进有很重要的作用.
§3.1等离子体实验参数对低温等离子体实验参数的测量,可分为三种参数的测量:
1.对所处理材料的测量及其性质评估,包括刻蚀速率,刻蚀各项异性,沉积速率,沉积膜质量等.手段主要有X射线衍射,SEM,STM,AFM等.
2.对等离子体产生控制参数的测量,包括电流,偏压,微波功率,微波频率,气压等.其主要测量手段都有相应的仪器来进行测量,例如气压可以使用真空规管来测量,放电电流使用通常的电流计即可.
3.等离子体本身参数的诊断,包括等离子体密度,等离子体电子、离子温度等,可以使用探针诊断法,离子能量分析器,光谱诊断法,质谱诊断法,微波干涉诊断法等.另外,对于等离子体中粒子种类及其组分的测量诊断也可使用例如光谱诊断法,质谱诊断法等.
下面以射频偏置ECR–PECVD等离子体参数测量[3]和栅网与偏压对CHF3电子回旋共振放电等离子体特性的影响[4]两个实验来简要说明对ECR等离子体工艺中参数的测量,及最佳参数的选择.
§3.2利用双探针对射频偏置ECR–PECVD等离子体参数测量微波电子回旋共振等离子体增强气相沉积（ECR–PECVD）装置被广泛地应用于微电子、光学、平面显示和太阳能电池等领域的高性能薄膜的沉积.对基片附近的等离子体参数和离子行为参数的研究是了解离子对基片轰击的一种有效方法.从这些参数中可以得到通过等离子体鞘层的离子轰击能量和离子流密度等,而离子能量和离子流密度被认为是对薄膜沉积中影响薄膜性能最重要的参数.
§3.2.1实验装置图2为基片射频偏置ECR–PECVD装置图,主要由真空系统、进气系统、微波系统、励磁系统、反应室、沉积室和射频基片架组成.实验中均使用Ar气作为工作气体.
图2:ECR–PECVD及测量装置示意图1–反应室;2–励磁系统;3–微波源;4–真空系统;5–进气系统;6–基片架;7–双探针;8–射频电源;9–沉积室.低温等离子体应用调研报告ECRPlasmaProcessing-4-
由于装置中有磁场存在,所以采用双探针测量.双探针由两个表面积相同的探针组成,悬浮于等离子体中,工作电压加在两探针之间,测量工作电流ID随两探针之间电压VD的变化,就得到双探针的伏安特性曲线.当两探针完全相同时,Ii01=Ii02=Ii0,同时令ID=0,则可求得电子温度kTe的计算公式:
kTee=Ii0
2dID
dVD
ID=0
.(2)
知道电子温度Te后,可以由正离子饱和电流Ii0和电子温度、电子密度的关系求出电子密度n
e,
从而
求得等离子体密度n
0:
ne≈ni≈n0=Ii00.61eAskTemi1/2,(3)
式中,Ii0为离子饱和流;mi为离子质量;As为探针表面积.
由于影响薄膜性能的区域是基片附近的等离子体鞘层,因此探针安装在基片架上(如图2所示)来测量基片表面的等离子体参数,两个测量探针的材料为钨丝.
§3.2.2实验结果实验结果表明,较小的射频功率不足以影响ECR等离子体密度,等离子体密度主要由微波ECR功率所决定;基片射频偏置对电子温度有明显的影响,射频功率的增加将导致电子温度的上升.
另外,在射频偏置下,微波功率、励磁电流和工作气压对等离子体参数的影响研究表明:在微波功率为400W,励磁电流为140A和工作气压约为1.2×10
−1
Pa时,等离子体密度和电子温度最高.
§3.3栅网与偏压对ECR等离子体特性影响的测量在ECR–PECVD技术沉积薄膜过程中,为了获得最佳的等离子体状态改善薄膜的结构和物性人们较多研究了宏观条件对放电等离子体特性的影响,如ECR–PECVD中微波功率、气压对等离子体特性的影响.同时,人们也采用特殊的技术来控制等离子体特性,如脉冲ECR放电技术,即利用脉冲施加和去除之间的差异获得不同的基团分布状态.但是在这些过程中,等离子体中的基团种类与密度分布较难控制.
为了提高薄膜质量,在ECR–PECVD系统中通过增加栅网来控制离子能量和基团分布,或者以栅网材料作为掺杂元素来改变薄膜的性能,是ECR–PECVD技术中的重要发展,对栅网的增加对等离子体特性影响的深入研究是很有必要的.
§3.3.1实验装置实验中使用永磁多极场型微波ECR–PECVD系统产生等离子体,实验装置如图3所示.微波源输出功率在300–1000W之间连续可调.CHF3工作气体的流量为3sccm.
图3:栅网与偏压对ECR–PECVD等离子体特性影响