朗缪尔探针诊断低气压容性耦合氩及氩/甲烷等离子体放电特性

来源 :西北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yange20092009
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日益发展成熟的等离子体源技术,常被用于刻蚀、薄膜沉积与溅射,是微电子、材料加工、冶金、医学等许多领域不可缺少的工具。等离子体的产生机理和物理特性对优化和控制等离子体过程有重要的意义。而放电参数即驱动频率、输入功率以及气压对放电特性有很大影响。针对复杂的放电特性,本文基于Druyvesteyn方法,使用射频补偿Langmuir探针诊断了低气压容性耦合等离子体的放电特性和电子行为。论文首先用Langmuir探针诊断了低气压容性耦合氩等离子体的放电特性,讨论了不同的激发频率、射频功率和气压对电子能量概率分布函数(EEPF)、电子密度、有效电子温度和等离子体空间电位的影响。结果表明,随激发频率的增加,EEPF经历了由Maxwellian到凸型分布,直至Druyvesteyn分布的变化过程,起主导的加热机制发生了由随机加热向欧姆加热的转变;并且EEPF曲线随功率的增大呈上升趋势。电子密度与等离子体空间电位随激发频率的增加,均呈现出先减小后增加的趋势,都随功率的增加而增加。当频率为15 MHz和50 MHz时,有效电子温度随功率的升高是下降的,而在81.36 MHz、100 MHz频率下,有效电子温度随功率的升高而升高,反映出放电参数对电子行为的影响十分复杂。随气压的增加,在所选频率下,电子密度均上升;而有效电子温度与等离子体空间电位均呈下降趋势。不同气压下的EEPF分布形状及变化趋势基本上一致,与实验所选的驱动频率关系不大。其次,用Langmuir探针对甚高频容性耦合氩与甲烷混合气体放电进行诊断。氩与甲烷流量比为5:1,在不同激发频率、射频功率和气压的条件下对电参量进行讨论。混合气体的等离子体密度与纯氩放电相比明显小很多,并且EEPF曲线中也出现了一些凹型。气压固定时,三个频率下的EEPF随功率增加均为Druyvesteyn分布;电子密度随功率的升高而增大。功率增加,有效电子温度在50 MHz频率时是降低的,而在81.36 MHz和100 MHz频率时是上升的;等离子体空间电位随功率的增加变化幅度不太明显。固定功率时,无论气压多少,三个频率下的EEPF均为Druyvesteyn分布。气压升高的过程中,电子密度先增加后减小;有效电子温度与空间电位均是有不同程度的下降。
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