电子束蒸镀过程射频自体辉光放电的等离子体诊断

论文摘要

为了克服电子束蒸镀技术存在的不足,提高蒸镀薄膜与基体的膜基结合力,从而扩大电子束蒸镀技术的应用范围。本文在实验室原有电子束蒸镀设备的基础上,对其进行改造添加了射频线圈。实验中,首先在射频线圈上接入频率为13.56MHz的射频电源,在坩埚与射频线圈之间实现了射频辉光放电,产生了金属等离子体。从实验现象观察到,在射频电源加入后,真空室内出现了很强烈的蓝光;然后研究了线圈的几何配置、放电参数对射频辉光放电反射功率的影响规律,结果表明采用3匝直径82mm的射频线圈,在同等条件下反射功率最小。放电距离为100mm是比较合适的参数。另外电子束流在160mA以上时,起辉较容易,但是电子束流大于200mA后,蒸镀的膜层容易脱落;最后利用离子流探针和发射光谱对产生的等离子体参数进行了诊断。经过对离子流探针测量数据的分析可知射频功率的增大提高了真空室中各个位置处的离子密度,尤其是线圈中心位置,这样导致了真空室中离子密度径向位置的不均匀性。当射频功率为170W时,各位置的离子密度急剧增加,经过分析认为这可能与放电模式的转变有关。电子束流的增加同样引起离子密度的增大,但是处于径向半径4cm-7cm处,离子密度增幅较大。随着轴向距离的增加,在同一平面上的等离子体趋向于均匀化。通过等离子体发射光谱分析,等离子体的光谱特征是在连续谱上迭加着一系列的特征光谱线,其中,特征光谱集中在300nm至700nm之间。标定后发现,大部分粒子是激发态的钛原子,只有少量的一价钛离子,没有发现更高价态的钛离子。射频功率的增加,导致特征光谱的数量、特征光谱的强度都有很大的提高。离子线相对强度和某些原子线相对强度（如453.8nm原子线）随功率增加而增加,而其它原子线强度则随射频功率增加变化不大。原子线强度随电子束流变化有两种趋势,有4条原子线逐渐增加强度,而另2条线逐渐减小;离子线强度则随电子束流增加而升高。轴向距离的增加,各条谱线的强度都有减少的趋势,探针测量的结果也很好的证明了这一点。利用“双线法”对等离子体激发温度进行了测量,研究了射频功率对不同轴向位置等离子体激发温度的影响,随着射频功率的增加,激发温度逐渐增加。利用谱线的半高全宽与电子密度的关系,定性的表示了电子温度随射频功率的变化规律。电子密度随着射频功率的增加逐渐增大,其中在射频功率为170W时,电子密度急剧增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 实验装置及离化实验
• 2.1 实验装置的设计
• 2.2 离化实验
• 2.3 工艺参数对放电过程的影响规律
• 2.4 本章小结
• 第三章 采用离子流探针对感应耦合等离子体的诊断
• 3.1 探针的诊断系统
• 3.2 感应耦合等离子体径向参数的变化规律
• 3.3 感应耦合等离子体轴向参数的变化
• 3.4 本章小结
• 第4章 采用发射光谱对感应耦合等离子体的诊断
• 4.1 原子发射光谱介绍
• 4.2 放电参数对等离子体发射光谱的影响
• 4.3 发射光谱的轴向分布
• 4.4 等离子体激发温度及其测量
• 4.5 谱线轮廓
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢