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等离子体在微电子工业及半导体薄膜材料生长等方面有着广泛的应用。对不同条件下的辉光放电等离子的放电机理、特性的了解及诊断是更好地监控等离子体成膜以及刻蚀过程的先决条件。Langmuir探针是用来诊断等离子体特性的最早的,并且是最重要的手段之一。这种技术从出现到现在,经历了许多方面的改进,诸如调谐滤波、抑制探针的射频干扰和中毒效应等,已经发展成为研究等离子体的一种比较有效的手段。 然而,从众多已发表的文献来看,直接用Langmuir静电探针来测量等离子体的空间特性还是比较少的,而用诸PECVD系统中,则还未见到。 在本文中,我们利用实验室已有的调谐探针系统,用简便的探针位置可移动装置,测量了辉光放电时两个电极之间轴向各点探针的I—V特性曲线,得到轴向分布的等离子体的重要参数—等离子体电位、电子平均能量及电子浓度,这对于研究PECVD系统中等离子体的放电机理及薄膜的成膜机理有着重要的作用。 在对探针特性曲线的数值处理方法上,采用了现成软件Origin5.0先对其进行光滑处理,然后进行二次微分的方法,取得了良好的效果。与近来所报道的海顿法,傅立叶变换法相比较,这种方法对于其参数选取的依赖性更低。 本文研究了等离子体特性参数的轴向分布随外加功率的变化。对于等离子体的电位的轴向分布,发现其与直流辉光放电的情况有较大的相似性。我们用射频放电的功率馈送电极的自偏压效应解释了这种相似性。 对于电子浓度,我们发现,随着外加功率的增加,等离子体的电子浓度的空间分布从内部高、边缘低的对称性分布转变为从功率馈送电极处向接地电极处递减的方向性分布。从等离子体内部的电离以及能量获得的机理分析,认为这种变化是由于功率增大时,离子轰击极板,使极板的二次电子发射效应增强,导致电子加热模式发生转变而引起的。 而电子温度则随着与馈送功率电极距离的增大而增大,其温度的梯度随着功率的增大而减小;在同一位置,电子温度随着功率的增大而减小。电子温度的这些变化与等离子体电位,电子浓度的变化都具有内在的一致性。