感应耦合等离子体器壁条件与等离子体参数的关系

论文摘要

本文目的为研究感应耦合等离子体(ICP)的器壁条件与等离子体参数之间的关系。器壁条件改变的两种方式为改变器壁尺寸和在器壁上沉积/清洗聚合物膜。我们用 Langmuir 探针测量了等离子体的电子温度、电子密度、等离子体电位和电子能量分布函数(EEDF);用光谱仪测量了电子温度和活性粒子的发射谱线。研究了这些等离子体参数随器壁条件的变化规律。本文还包括一部分研究混入惰性气体对电子能量概率函数(EEPF)的调节作用的内容,主要的结果如下。1.器壁尺寸和器壁上的有机物膜对等离子体状态的影响。总结了 10 毫托,400 瓦的氩混氮和氦混氮的放电中,器壁尺寸对电子温度、等离子体电位和电子密度的影响的一些实验规律。还总结了 10 毫托,200 瓦条件下,在器壁上沉积(甲烷混氮和甲烷混氩放电)以及清洗(氧混氮和氧混氩放电)聚合物膜过程中活性粒子发射谱线强度及电子温度随放电时间的变化规律。2.甲烷混氮放电过程中等离子体发射光强随时间的周期性变化。我们发现光在沉积了聚合物膜的不锈钢器壁上的反射和干涉机制共同作用造成了光谱仪检测到的光强的周期性变化,并且发现光在器壁上的多次反射对变化的幅度具有较大贡献。我们用一个简单的模型较好地拟合了实验曲线,发现了该聚合物膜对短波长的光有较强的吸收作用以及不锈钢表面对短波长的光有较低的反射率。利用这个模型可能进行等离子体沉积膜的工艺过程中薄膜厚度的在线监测。我们还发现器壁反光可能会使谱线之比计算的电子温度出现错误。3.低气压下的等离子体喷射现象。我们发现在 ICP 中放入一个开口的小筒子来约束等离子体时,等离子体会从开口处喷射出来,我们把这部分喷射出来的等离子体叫做 jet。它发射出的光与其它部分的等离子体有着明显的不同。它具有提高电子温度的作用。现在初步认为它是由一个从腔体中心指向器壁的径向电场形成的。4.惰性气体的混入对电子温度和 EEDF 的调节作用。我们研究了四种惰性气体(氩、氦、氖和氙)与氮气的混合放电。当气体逐渐由纯氮变到纯氩或由纯氮变到纯氙时,EEPF 由一个 Maxwell 分布逐渐过渡为一个双 Maxwell 分布;而当由纯氮变到纯氦或由纯氮变到纯氖时,EEPF 始终是一个 Maxwell 分布,只不过它的斜率逐渐变小。高能电子温度的变化趋势与光谱法测量得到的电子温度和 Global Model 理论计算出的电子温度趋势相同,而低能电子温度与探针测量的电子温度有相同的趋势。本文对于这些现象做了细致的分析和解释。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1 章 引言
• 1.1 描述等离子体状态的重要物理量
• 1.2 研究现状
• 1.3 本论文的主要工作及其意义
• 第2 章 等离子体诊断
• 2.1 利用氮的发射光谱测量电子温度
• 2.2 Langmuir 探针的测量原理
• 2.3 探针测量遇到的问题和解决的方法
• 2.4 主要诊断设备
• 第3 章实验设备及进行的实验
• 3.1 实验设备
• 3.1.1 装置介绍
• 3.1.2 MPS2000 的加热机制
• 3.2 实验内容
• 第4 章 实验结果与讨论
• 4.1 器壁尺寸对等离子体参数的影响
• 4.2 器壁表面镀膜对等离子体参数的影响
• 4.2.1 实验简介
• 2/N₂清洗CH₄/N₂膜过程中的主要规律'>4.2.2 O₂/N₂清洗CH₄/N₂膜过程中的主要规律
• 2/N₂清洗CH₄/N₂膜的比较'>4.2.3 其他清洗方式与O₂/N₂清洗CH₄/N₂膜的比较
• 4.2.4 沉积膜过程中的规律
• 4.2.5 结论
• 4.3 沉积膜实验中等离子体发射光强的周期性变化现象
• 4.3.1 实验简介
• 4.3.2 实验结果
• 4.3.3 理论模型
• 4.3.4 理论计算与实验的比较
• 4.3.5 结论
• 4.4 器壁反光对谱线之比计算电子温度的影响
• 4.5 低气压下等离子体的喷射现象
• 4.5.1 用探针对jet 测量的结果
• 4.5.2 jet 对等离子体发射光谱的影响
• 4.6 混入惰性气体对 EEPF 和电子温度的调节作用
• 第5 章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 对今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 声 明
• 附录A 纯氮放电的等离子体发射光谱及氮的能级图
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果