辉光等离子放电体在表面合金化技术中的研究EI北大核心

辉光等离子放电体直接影响着材料表面合金化时的电压、气压及温度分布从而影响到材料表面的均匀性、组织结构与性能特征。本工作利用发射光谱分析法对表面合金化技术中辉光等离子放电体进行了研究,通过玻尔兹曼方程式和谱线展宽法求得在不同工艺条件下辉光等离子体的电子温度、电子密度。分析了电压、气压对电子温度、电子密度的影响。结果表明:电子温度随工作电压的升高,工作气压的增大先减少后增大,然后又减少;电子密度在放电电压500~1000V,放电气压30~100Pa时是1021m-3在1012~1025m-3范围内,表明该辉光放电体属于典型的异常辉光等离子放电。     

射频感应耦合等离子体朗缪双探针诊断分析

采用朗缪探针法对射频感应耦合等离子体进行了诊断分析,得到了圆柱形ICP放电装置的电子密度和电子温度。通过朗缪双探针研究了不同放电气压、不同射频功率、不同放电位置、不同气体组分对等离子体参数的影响。一定功率下,电子密度在30Pa-100Pa之间随气压的增加而增大,在100Pa-160Pa之间随气压的增加而减小,电子温度在30Pa-160Pa之间随气压的增加而减小;一定气压下,电子密度在50W-1900W之间随功率的增加逐渐增大,电子温度在50W-900W之间随功率的增加而减小,在900W-1900W之间随功率的增加而增大。等离子体辉光区域不同位置的电子密度和电子温度各不相同,电子密度大的位置具有较低的电子温度。氩氮混合气体的电子密度随着气压的增加而减小,氮气在混合气体中的比例越高混合气体的电子密度越小;氩氮混合气体相比纯氩有着更高的电子温度,且氮气含量越高混合气体的电子温度也越高。     

放电参量对射频容性耦合等离子体电子密度的影响

为了提高射频容性耦合等离子体电子密度,研究放电参量对其的影响。通过采用朗缪双探针法诊断分析了放电气压、气体组分、射频功率以及掺Hg等放电参量对圆柱形射频容性耦合等离子体放电装置的电子密度的影响。结果表明:随放电气压的增加,电子密度呈现出先增大后减小的变化,在30Pa-550Pa下,电子密度随气压的增大而增加,在550Pa-650Pa下,电子密度随气压的增大而减小;往Ar中通入一定体积分数的He,有增加等离子体电子密度的影响,且当He的体积分数为15%时,电子密度最大;等离子体电子密度随射频功率的增大而增加;向Ar中掺少量的Hg,有明显增加等离子体电子密度的效果。     

容性耦合等离子体腔室放电特性仿真研究

容性耦合等离子体射频放电广泛应用于IC制造中的薄膜沉积、刻蚀工艺中,等离子体中的电子密度和平均电子温度直接影响离化及激发反应速率,其在放电腔室中径向分布的均匀性严重影响刻蚀和薄膜沉积的均匀性。以某12寸腔体为研究对象,采用Comsol软件仿真研究了功率电极电压、腔室气压和极板间距对等离子体的电子密度和平均电子温度的影响规律。仿真研究发现:在研究的气压、电压、极板间距范围内,电子密度和平均电子温度随电压的增加而增加,其均匀性随电压的增加而变差;电子密度随气压的增加而增加,平均电子温度随气压的增加而降低,电子密度的均匀性随气压的增加而改善,电子温度的均匀性随气压的增加先变差再变好;电子密度随极板间距的增加而增加,平均电子温度随极板的增加而降低,电子密度和平均电子温度的均匀性随极板间距的增加而变好。研究结果对指导等离子体参与的IC工艺腔室结构设计及工艺控制具有重要意义。     

细长石英管内直流放电等离子体研究

利用朗缪尔双探针等离子体诊断方法,研究了细长石英管内的低气压直流放电行为,探讨了细长管空间内的放电条件对等离子体参数的影响规律。结果表明:通过提高放电功率和增加阴极数目可以有效的提高等离子体密度,且当放电气压为100 Pa时,电子密度最大,本装置所测最大密度为1.03×10~(17)m~(-3);电子温度则随着放电功率和放电气压的增大而不断减小;放电距离越远,对击穿电压要求越高,分段式放电可以在较低的放电电压下,对较远的电极距离实现直流放电。     

基于均匀离子密度的容性耦合射频放电等离子体的实验诊断研究北大核心CSCD

容性耦合射频(CCRF)放电可用于制备大体积、均匀、低温非热平衡等离子体,已得到了国内外的广泛关注。针对CCRF放电过程中等离子体参量的诊断问题,本文提供了一种基于均匀离子密度的描述CCRF放电的等效回路模型(ECM),并根据等效阻抗原理引入能量平衡方程,对等离子体特征参量电子密度n_e和电子温度T_e进行了诊断,诊断结果与等离子体发射光谱诊断结果相一致。实验结果表明:在一般的CCRF放电过程中,放电电流与放电电压波形呈正弦曲线,高次谐波成分较少且总的谐波强度小于基波信号的11%,可以采用ECM描述等离子体放电状态。随着射频输入功率的增加,等离子体电子密度线性增加,但电子温度变化不明显,鞘层厚度逐渐减小,主等离子体区厚度增加;随着工作气体压强的升高,电子密度和电子温度均减小。对于较高的气压,放电在不同的输入功率下分为低功率下的α模式和高功率下的γ模式,这主要是极板表面的俄歇发射过程引起的。     

基于均匀离子密度的容性耦合射频放电等离子体的实验诊断研究

容性耦合射频(CCRF)放电可用于制备大体积、均匀、低温非热平衡等离子体,已得到了国内外的广泛关注。针对CCRF放电过程中等离子体参量的诊断问题,本文提供了一种基于均匀离子密度的描述CCRF放电的等效回路模型(ECM),并根据等效阻抗原理引入能量平衡方程,对等离子体特征参量电子密度n_e和电子温度T_e进行了诊断,诊断结果与等离子体发射光谱诊断结果相一致。实验结果表明:在一般的CCRF放电过程中,放电电流与放电电压波形呈正弦曲线,高次谐波成分较少且总的谐波强度小于基波信号的11%,可以采用ECM描述等离子体放电状态。随着射频输入功率的增加,等离子体电子密度线性增加,但电子温度变化不明显,鞘层厚度逐渐减小,主等离子体区厚度增加;随着工作气体压强的升高,电子密度和电子温度均减小。对于较高的气压,放电在不同的输入功率下分为低功率下的α模式和高功率下的γ模式,这主要是极板表面的俄歇发射过程引起的。     

溅射沉积氢化非晶硅中辉光放电等离子体的Langmuir探针诊断

为揭示磁控溅射辉光放电等离子体参量对Si薄膜沉积过程的本质影响,采用Langmuir探针于不同的靶电流、靶基距和氢分压条件下对直流辉光放电等离子体进行了诊断,分析了直流辉光放电等离子体参量(离子密度、离子流通量、等离子体电势、电子密度、电子温度)的变化规律,并以此为依据探讨了其对Si靶溅射过程和溅射Si粒子输运过程的影...     

等离子体装置器壁的直流和高频辉光放电清洗

本文描述直流辉光放电、10兆周高频加直流辉光放电原理和实验方法。给出了几种工作气体(H_2,He,Ar,N_2和空气)在30升圆筒形真空室中进行直流辉光放电、直流加高频辉光放电时起辉和灭辉气压随外加电压变化实验结果。实验表明,对于几百伏外加电压下H_2,He,Ar气可在10~(-1)帕气压下起辉;可以维持到10~(-2)帕气压才灭辉。几百伏直流电压附加10兆周高频电源可使起辉气压和灭辉气压下降几倍。空气和氮气比氢更易起辉。对HT-6M托卡马克真空室进行了几十小时常温和100℃中温烘烤条件下辉光放电清洗效果比较,表明边烘烤边辉光放电对水的清洗作用更好。实验由四极质谱仪监测,并用真空传输装置将样品传送到俄歇谱仪中分析放电前后表面成分的变化。对放电有关问题进行了讨论。     

直流等离子体的双探针诊断

用双探针法对Ｎ２、Ｈ２、空气等的直流等离子体进行了诊断，得到了直流等离子体负辉区中电子温度Ｔｅ、电子密度Ｎｅ的径向分布以及Ｔｅ、 Ｎｅ与放电气压、放电电流的关系。     

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。     

基于均匀模型的低气压电容耦合射频放电特性研究

针对磁流体流动控制技术对大体积、均匀放电等离子体的需要,开展了低气压下平板型电容耦合放电特性实验研究,并基于均匀射频放电模型,联立能量平衡方程建立诊断模型对等离子体参数进行诊断。结果表明:气压较低时,放电为α模式,整个放电空间发光较为均匀,当气压大于500 Pa时,放电转变为γ模式,在电极附近出现负辉光区,但负辉光区较厚占据了整个放电空间,随着气压增大,负辉光区、法拉第暗区厚度减小,并在放电区域中心出现明显正柱区,正柱区面积随负载功率的增大而增大;放电为γ模式时,电流将随负载功率增大而增大,而电压先不变后增大,并且转折点负载功率随着气压增大而增大;电子数密度ne随负载功率的增大线性增大,而电子温度T_e只是略有增大,约为5500 K(0.47 e V)。     

直流辉光和磁控增强放电等离子体的空间分辨发射光谱技术

光学发射光谱(OES)方法是等离子体诊断的有力工具之一,可以定量地给出等离子体的多种重要参数,如等离子体中的物种成分、粒子能态分布、激发温度、粒子相对密度等.本文介绍了一种用于电子回旋共振(ECR)微波等离子体磁控溅射靶附近的增强放电和直流辉光放电等离子体空间分辨诊断的发射光谱装置.其特点是光学收集系统的位置可以水平精细移动,因而可以对放电区域进行空间分辨发射光谱测量.作者利用这套装置对氩气的ECR微波等离子体和直流辉光放电等离子体进行诊断.在ECR微波等离子体的下游区内氩离子谱线的发射强度很弱,主要是高激发态原子的辐射.在磁共振增强放电区,离子谱线强度有所增加但仍比原子谱线弱,类似于直流辉光放电正柱区的光发射特性.     

低气压下空心阴极辉光放电等离子体的特性

为掌握10-2Pa～10-3Pa的低气压、磁场条件下空心阴极辉光等离子体的特性及其与常规辉光放电伏安特性的区别,我们对其伏安特性和电子密度进行了测量。实验结果表明:低气压、磁场条件下空心阴极辉光放电的整个过程可分为三个不同阶段,即随着电流的增大,依次为起辉阶段、空心阴极放电阶段和反常辉光放电阶段。其中,起辉阶段与空心阴极放电阶段的伏安特性与常规辉光放电的伏安特性曲线不同,而反常辉光放电阶段类似。实验证实了电子密度随电流增大而增大的关系,实验结果表明,在轴线方向上,阳极附近的电子密度大于阴极附近的;在与轴线垂直的平面上,电子密度差别不大。     

用于中子管的微波离子源放电特性的仿真研究北大核心CSCD

微波离子源作为一种无阴极离子源,与潘宁离子源相比具有电离度高、形成的等离子体密度高、寿命长等优点。为了深入了解用于中子管微波离子源的放电特性,根据微波离子源的放电原理,设计中子管微波离子源的几何结构和所需磁铁的结构。结合Comsol多物理场仿真软件中的二维轴对称的AC/DC模块和微波等离子体模块,采用控制变量法,通过仿真实验探究了放电气压、微波输入功率、放电腔室大小以及放电腔室外壁材料对电子密度的影响,总结了电子密度在不同参数下的规律,将为中子管微波离子源的实验和设计提供重要支撑。     

用于中子管的微波离子源放电特性的仿真研究

微波离子源作为一种无阴极离子源,与潘宁离子源相比具有电离度高、形成的等离子体密度高、寿命长等优点。为了深入了解用于中子管微波离子源的放电特性,根据微波离子源的放电原理,设计中子管微波离子源的几何结构和所需磁铁的结构。结合Comsol多物理场仿真软件中的二维轴对称的AC/DC模块和微波等离子体模块,采用控制变量法,通过仿真实验探究了放电气压、微波输入功率、放电腔室大小以及放电腔室外壁材料对电子密度的影响,总结了电子密度在不同参数下的规律,将为中子管微波离子源的实验和设计提供重要支撑。     

乙炔笼网形空心阴极放电特性研究

为解决常规直流脉冲等离子体增强化学气相沉积工艺制备类金刚石膜沉积速率低问题,美国西南研究院开发了"笼网等离子体浸没离子沉积技术"。采用这种技术,本次实验研究了乙炔气压、流量、脉冲电压及氩气分压等工艺参数对笼形空心阴极放电动力学的影响。结果表明:在单个脉冲辉光放电过程中存在自辉光和空心阴极两种放电模式。工艺参数的影响表现为,乙炔气压由2.5升高到8 Pa,笼网放电击穿电压由1100降为620 V;当脉冲电压从900升高到1400 V,对应乙炔流量为200和100 m L/min时,工作气压分别下降1.4和3.9 Pa;提高脉冲电压或氩气分压,笼形空心阴极辉光增强,笼网电流增大,在p(C2H2):p(Ar)为1∶4时有最高值32 A。     

石英板夹层中窄电极结构与材料对直流放电的影响

研究了一种石英板夹层窄电极放电装置的低气压直流放电过程,重点探讨了电极结构与电极材料对等离子体参数的影响,其中电极要求宽高为4mm,间距大于40mm。实验采用朗缪尔双探针法诊断,通过改变气压、放电功率等条件分析了电极结构对自制的直流等离子体放电装置的电子密度分布及电子温度的影响。结果表明:通过增加电极表面积,采取特殊的电极结构都可以有效地提高等离子体密度。实验中还发现,随着气压降低,正柱区逐渐缩小、等离子体密度沿电场方向变化趋于平缓,阳极的直流等离子体密度逐渐升高,这时等离子体空间分布均匀度提高,且在16Pa时取得最大值。     

辉光放电离子渗金属的等离子体发射光谱诊断

利用发射光谱法对离子渗金属中辉光等离子体的电子温度进行了诊断。实验以氮气为工作气体，通过对放电时氮离子两条特征谱线强度的相对标定，测量了电子温度随放电气压40Pa～80Pa和电压500V～1000～的变化。并探讨了电子温度随气压和电压变化的原因。结果表明，该放电为典型的反常辉光等离子体放电，电子温度在1eV～15eV之间变化，且随工作气压和电压的的升高迅速增大，这与实际观测的放电效果相符合，实验结果表明，发射光谱法是测量离子渗金属中等离子体参数的一种有效手段。     

复合高功率脉冲磁控溅射放电等离子体特性

高功率脉冲磁控溅射具有高的金属离化率,在薄膜制备表现出巨大的优势,成为当前磁控溅射技术领域一个新的发展趋势。高功率脉冲磁控溅射的放电特性、等离子体特性等微观参数对薄膜质量控制具有决定性作用,分析宏观参数如何影响微观参数,有利于提高薄膜质量,稳定工艺。因此,本文研究了脉冲与直流电源并联模式的复合高功率脉冲磁控溅射过程中,脉冲电压(400~800 V)对Ti、Cr靶在Ar气氛中的放电特性、等离子体参数(等离子体电势、电子温度、电子密度)、基体电流的影响。结果表明:复合高功率脉冲磁控溅射Ti、Cr靶放电过程中,脉冲电压的增加有利于脉冲作用期间的靶电压、靶电流、基体电流增加;当Ti靶脉冲电压为600 V或Cr靶脉冲电压为700 V时,电子密度出现较大值。Cr靶与Ti靶放电相比,前者的靶电流、基体电流、等离子体电势、电子温度比后者更高,而电子密度却更低。