小型腔式微波离子源的等离子体产生及引出特性

研制了一种用石英管制作的小型腔式微波离子源，该腔套在石英管的一端，封装两电极引出系统。该离子源利用腔激发起的表面波在石英管内产生等离子体柱。在微波频率为2．45GHz、输入功率为93W时，氮的引出离子流密度可高达91．7mA／cm2。这种表面波放电等离子体源具有体积小、结构简单，在宽的压强范围内能产生再生性好、工作十分稳定的等离子体柱（1012～1013cm-3）等特点。还给出了放电的自一致描述以及放电的电子密度与压强、等离子体柱半径和输入功率的关系。     

微波等离子体化学气相沉积金刚石簿膜

建立了一台微波等离子体化学气相沉积金刚石薄膜的设备。该实验装置由以下几部分组成：微波源及传输系统、反应室、供气系统、真空系统和检测等五部分组成。沉积室是由长７０ｍｍ直径４６ｍｍ的石英管组成的。分别采用ＣＨ４／Ｈ２和ＣＯ／Ｈ２混合气体进行了沉积试验；研究了沉积参数对沉积金刚石膜的影响。在直径３０ｍｍ的单晶硅片和石英片上沉积出了均匀的金刚石膜。采用ＣＨ４／Ｃ２混合气体时，沉积速率在０．５～１．０μｍ／ｈ之间，这与原有的热灯丝方法相近。采用ＣＯ／Ｈ２混合气体时，沉积速率可达到１．７μｍ／ｈ。     

气压对氩等离子体特性的影响

研制了一种新的大面积微波等离子体源。由环形波导腔环绕直径３０ｃｍ、高５０ｃｍ耐热玻璃圆筒真空室构成。环形波导内侧开有多个狭缝用来激励产生等离子体。利用该源研究了气压对等离子体参数、击穿功率和熄灭功率的影响。     

空间环境模拟用ECR等离子体源标准装置研究

研究了以微波ECR等离子体源作为等离子体发生器的空间环境模拟装置。试验以氩气为放电气体,通过分析气压、微波功率、磁场等放电条件对微波ECR等离子体源的耦合作用,并结合COMSOL软件进行仿真验证,实现了等离子体电子密度、电子温度等特征参数的大范围可控调节。在等离子体源放电腔的出口处设计了扩散杯和栅网两种引出结构,使用不同类型和尺寸的Langmuir探针分别测量了两种引出结构下真空腔室内等离子体参数的径向变化,得到了引出结构对等离子体均匀性和稳定性的影响,分析比对了不同Langmuir探针的测试结果,得到一组最优等离子体诊断方式。这些工作对后续等离子体源标准装置研制和校准技术研究具有参考意义。     

宽气压范围内裂缝天线等离子体特性研究

给出了气压为10～28000Pa时,环形倾斜裂缝天线等离子体源的放电特性.实验表明,该源在气压为10～2600Pa范围内是大体积表面波放电,并且在气压为10和230Pa时清楚地观察到裂缝天线附近石英管内的等离子体有较明显的8个瓣和12个瓣(表面波模式可确定为m=4和m=6);当气压升高到4000～6000Pa时,在石英管的底端和不锈钢真空室交界处激励起直径约为12cm的高密度等离子体椭球(1011cm-3量级);在气压为11000～14000Pa时,发现等离子体有明显的涡动现象;而当气压上升到20000Pa以上,等离子体有丝状结构出现.     

宽气压范围内裂缝天线等离子体特性研究

给出了气为10－28000Pa,环形倾斜裂缝天线等离子体源的放电特性,实验表明,该源在气压为10－2600Pa范围内是大体积表面波放电,并且在气压为10和230Pa时清楚地观察到裂缝天线附近石英管内的等离子体有较明显的8个瓣和12个瓣（表面波模式可确定为m=4,和m=6）,当气压升高到4000－6000Pa时,在石英管的底端和不锈钢真空室交界处激励起直径约为12cm的高密度等离子体椭球（10^11cm^-3量级）,在气压为11000－14000Pa时,发现等离子体有明显的涡动现象,而当气压上升到20000Pa以上,等离子体有丝状结构出现。     

磁镜场在直接耦合式微波等离子体CVD金刚石膜装置中的应用

在自行设计出的直接耦合石英管式微波等离子体化学气相沉积fchemical Vapor Deposition,CVD）金刚石膜装置的石英管反应腔加上磁镜场,以更好地约束等离子体,使等离子体球成为“碟盘”状,提高了等离子体球的密度,在基本参数不变的情况下,沉积面积可由ψ30mm增长到50mm,沉积速度由每小时3．3μm增长到3．8μm,反射电流减小,从而减少了在石英管壁和观察窗的沉积,更好地利用微波能量,有效利用电离的活性基团沉积出高质量的（类）金刚石薄膜。     

He—Ar潘宁过程对表面波等离子体的影响

潘宁过程可以有效地降低直流、低频放电中的放电起始电压.关于射频放电,特别是表面波等离子体中的潘宁过程的研究,目前还很少有报道.本文介绍了一种由Ro-box装置激发的SWP源,通过实验方式研究了此装置产生的表面波等离子体柱中的He-Ar潘宁过程对其物理性质的影响.结果表明,合适配比的潘宁气体对于表面波等离子体柱特性有很大影响,它可以有效地降低放电起始功率和放电维持功率,延长等离子体柱长度,提高等离子体密度等;在此过程中电子温度略降低.本研究为在表面波等离子体应用中获取合适的等离子体参量提供了新的途径.     

大面积平面表面波等离子体的研究

低温等离子体技术已被广泛应用于各高科技领域 ,并且应用范围仍然在迅速拓展 ,这对等离子体本身提出了更高的要求 ,平面大面积、高密度均匀等离子体源是目前最迫切的需求之一。作者主要介绍表面波激发等离子体的原理 ,并在自行研制的一套平面大面积表面波等离子体源上 ,利用静电双探针测量了其Ar气放电的角向、径向和轴向的电子密度和温度。发现角向电子密度和温度均匀性与耦合天线及气压密切相关而与入射功率无关 ;径向电子密度和温度均匀性则与入射微波功率及气压密切相关而与耦合天线无关。因此 ,通过优化耦合天线来获得径向参数的均匀性及微波耦合效率 ,并增大微波功率、选择适当的气压 ,可产生大面积平面高密度等离子体     

新型表面波等离子体源的诊断及不同工艺条件下的等离子体特性

表面波等离子体(Surface-wave-sustained plasma,SWP)是近年发展起来的一种新型低压、高密度等离子体。应用这种技术,很容易实现镀膜过程中的离子束辅助沉积(IBAD),从而制备出性能优异的类金刚石薄膜(DLC)。本文介绍了一种新型的SWP源,说明了朗缪尔探针等离子体诊断的基本原理,研究了微波功率、靶电压、真空度等对等离子体特性的影响。测试了不同工艺条件下的等离子体密度,电子温度,等离子体电位,悬浮电位。研究结果表明,微波功率、靶电压和真空度等参数对等离子体特性具有重要的影响。结果同时表明,这种表面波等离子体源即使在0.85 Pa的真空度下也能够产生高达1.87×1011cm-3的电子密度(在2.8 Pa可达2.1×1012cm-3)。     

微波等离子体源在钢表面氮化中的应用

对微波等离子体源和常规等离子体源进行了对比，分析了微波等离子体源应用于离子氮化的优越性，报道了微波等离子体在钢表面氮化中的应用．     

表面波等离子体天线的能量衰减系数研究

根据功率平衡原理,得到了表面波等离子体天线中等离子体柱长度、等离子体密度与馈入功率的关系,导出了表面波等离子体天线中能量衰减系数沿轴向分布.实验测得充气压强为0.5Pa,6Pa和40Pa时等离子体柱长度、馈入功率和等离子体密度,得到能量衰减系数的实验值.结果表明,等离子体柱上z点的能量衰减系数为该点到等离子体柱顶端距离的倒数,实验所测结果与理论符合得很好.该结论对研究表面波等离子体天线的激励和维持十分重要.     

微波等离子体制备类金刚石薄膜进展

随着对材料需求的日渐增长，在材料表面沉积性能优异的薄膜以提高材料的使用性能成为一种趋势。类金刚石薄膜具有高硬度、强的耐腐蚀性能、低摩擦因数、良好的耐磨损性等优势，在工业制造领域受到越来越多的关注。介绍了电子回旋共振等离子体源和表面波等离子体源的原理及在制备DLC薄膜中的应用，分析了沉积过程中影响DLC薄膜性能的主要因素，指出了目前存在的问题，总结了微波等离子体源能够产生大面积的高密度等离子体，且无电极污染等优势，为促进高性能DLC薄膜的制备和应用提供参考。     

磁镜场在直接耦合式微波等离子体CVD金刚石膜装置中的应用

在自行设计的直接耦合石英管式微波等离子体化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,CVD）金刚石膜装置的石英管反应腔加上磁镜场来约束等离子体,使等离子体球成为“碟盘”状,提高了等离子体球的密度,在基本参数为反应压力2.5kPa、基片温度450℃、Ar、CH4、H2气体流量分别为40sccm、4sccm、60sccm,则沉积面积可由30mm增长到50mm,沉积速率由3.3μm/h增长到3.8μm/h,反射电流由15μA减小到5μA。从而大大减少了薄膜在石英管壁和观察窗上的沉积,更好地利用微波能量,有效利用电离的活性基团沉积出高质量的金刚石薄膜。     

Waveguide-surfatron型表面波等离子体源的特性研究

报道了所研制的Waveguide-surfatron型表面波等离子体源的特性,理论计算表明,激发表面波模式为m≥l模,在放电室中电磁场均匀性与等离子体的密度有关。实验结果指出,采用Ar气放电,在气压为10～1000Pa,微波功率800～1000W的范围内可形成大面(体)积(直径为160mm)等离子体,其电子温度为1～4eV,等离子体密度为10     

ECR微波等离子体溅射沉积氮化铝的研究

利用自制的ＥＣＲ（电子回旋共振）微波等离子体溅射沉积装置，在氮气分压很低的条件下（２．６× １０－３～２．９ × １０－２Ｐａ）成功地获得了透明绝缘的纯氨化铝膜。电阻率达１０１１ ·ｃｍ，折射率约为 ２．０５，膜的其他各项物理性能均达到了较好的指标．     

双侧波导同轴线耦合式线形微波等离子体源的研究

本文介绍了一种具有双侧波导同轴线耦合结构的新型微波等离子体源。通过电磁场模拟计算和等离子体发射光谱测量对同轴线耦合反应腔内部结构进行了优化,研究了线形等离子体源腔体结构对等离子体均匀性和长度的影响,并且在杆状样品表面进行了金刚石薄膜的沉积实验。实验结果表明:双侧波导同轴线耦合式新型线形等离子体源可以在引导天线表面产生圆柱状的线形等离子体,其等离子体的均匀性和长度受腔体内部结构的影响,在引导天线外径为4 mm,单侧模式匹配棒伸入量为10 mm的腔体结构下,等离子体的均匀性大于90%。通过对杆状样品表面不同位置处金刚石膜质量和等离子体沉积环境的测量,进一步验证了等离子体的均匀性。此外,线形等离子体的长度受引导天线长度和工作气压影响,这主要与反应腔内电磁场分布以及微波传输衰减有关。     

Waveguide—surfatron型表面波等离子体源的特性研究

报道了所研制的Waveguide-surfatron型表面波等离子体源的特性,理论计算表明,激发表面波模式为m≥1模,在放电室中电磁场均匀性与等离子体的密度有关。实验结果指出,采用Ar气放电,在气压为10-100Pa,微波功率800-1000W的范围内可形成大面（体）积（直径为160mm)等离子体,其电子温度为1-4eV,等离子体密度为10^10-10^11cm^-3量级,实测的等离子体密度与理论计算值基本吻合。     

多弧离子镀中真空等离子体静电探针诊断方法的研究

多弧离子镀中的等离子体是由辉光等离体和弧光等离子体迭加而成的。本文主要叙述了这种等离子体诊断方法和对用静电探针诊断这种等离子体的研究成果。这套等离子体诊断系统性能稳定，是目前国内外用于诊断多弧离子镀中等离子体的首套系统。用它诊断出的等离子体参数是首次对这种等离子体的数量描述。等离子体参数为；在真空度为２．６７Ｐａ～１０．６Ｐａ，放电电流为５０Ａ～８０Ａ，工件偏压为０～—２ｋＶ的条件下，等离子体密度在１．３×１０１５ｍ－３～２．３×１０１５ｍ－３范围内，电子温度在４３０至６６０ｅＶ范围内，空间电位相对于阳极为正，且在２伏至３伏范围内。     

基于波导耦合反应腔串联的线形微波等离子体源

通过将两个波导耦合反应腔串联,得到了具有线形结构的微波等离子体源。利用光纤光谱仪沿等离子体轴向测量不同位置的等离子体发射光谱,对等离子体中不同基团的发射光谱强度进行了比较分析,研究了反应腔结构对等离子体均匀性的影响。实验结果表明:通过将波导耦合反应腔串联可以在引导天线表面产生圆柱状的线形等离子体,等离子体沿轴向的均匀性与引导天线外径尺寸和两端的模式转换棒的位置有关,当引导天线外径为4 mm,模式匹配棒伸入量为10 mm时,等离子体的不均匀性小于10%。