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金刚石具有众多优异的性能,而低压化学气相沉积(CVD)技术的发展为金刚石材料的广泛应用提供了极佳的机会。金刚石膜的CVD过程可以使用不同的等离子体,其中,微波等离子体结合了等离子体密度高和无电极放电两个不同的特点,特别适合于高品质金刚石膜的沉积。在微波等离子体金刚石膜CVD过程中,使用脉冲电源激励的微波等离子体可以提高金刚石薄膜的沉积速率或改善金刚石膜的质量。这表明,微波等离子体的激励方式可通过影响等离子体参量(如电子温度和电子密度),影响金刚石膜的沉积过程。
本文根据Langmuir探针理论,建立了一套计算机控制的Langmuir探针系统。通过langmuir探针系统,对工频脉冲电源激励下的线形微波等离子体CVD沉积设备和石英钟罩式的微波等离子体CVD沉积设备中的等离子体状态进行了诊断,得到等离子体的电子温度Te、电子密度ne、空间电位Vsp、探针悬浮电位Vf等参数在一个周期内随时间的变化。
实验结果表明,在工频脉冲电源激励下的H2等离子体并不是一直处于被点燃的状态,而是当微波功率达到一定值时,等离子体才被点燃。等离子体中的电子温度和电子浓度也随着时间有较大的变化,特别在等离子体被点燃和熄灭的瞬间,电子温度有突然的增加,而电子浓度则保持下降的趋势。石英钟罩微波等离子体CVD设备虽然只有一个磁控管工作,但被其点燃的等离子体的电子温度和电子密度要大于拥有两个磁控管的线形微波等离子体CVD设备。这是由于石英钟罩微波等离子体CVD设备所产生的等离子体的能量比较集中的缘故。