溅射法镀膜等离子体诊断的研究

论文摘要

等离子体作为“物质的第四态”从近代开始被人们所研究、利用,从工业上的镀膜、刻蚀、渗碳等处理方法,到航空航天领域对空间状况的研究等等,都离不开等离子体。为了更好地对等离子体进行研究,就需要掌握能够诊断等离子体参数的方法。Lanmguir探针作为20世纪20年代出现的一种等离子体诊断方法及工具,具有设备简单,使用方便的特点,而且它的诊断能力也比较强,诊断得到的信息也比较丰富,适用的范围除主要在低温低压等离子体领域外还在逐渐扩大。本文主要是基于溅射法渡膜过程中等离子体诊断的研究,通过等离子体诊断技术来测量和理解等离子体中荷能粒子的分布规律,实现薄膜的可控制生长。本文的主要工作是设计了两种探针,第一种采用朗缪尔单探针,第二种是采用的发射探针,并且根据两种不同的探针设计了相关的探针诊断电路。诊断电路主要由探针部分、传感器、信号发生器、功率放大器和数据采集卡等部分组成。发射探针诊断电路还包括探针加热电路。本文实验是基于溅射法渡膜过程中对真空镀膜机内的等离子体进行诊断。实验的工作主要包括两种探针的设计和相关诊断电路的设计,以及实验的条件、步骤、过程等。实验内容包括单探针法和零发射法两个实验。朗缪尔单探针诊断法的特点是诊断方法简单易行,可估算参数较多；但由于单探针诊断法中的Ⅰ-Ⅴ特性曲线不会存在明显的拐点,所以确定等离子体空间电位很困难,因此我们又采用了零发射法,此方法主要的目的就是针对等离子体的空间电位进行诊断和测量。并且本文在实验的基础上,对得到的实验数据进行分析和计算,得出了等离子体的一些相关参数以及等离子体诊断的Ⅰ-Ⅴ特性曲线图。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 主要参数符号
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 等离子体的相关理论
• 1.2.1 等离子体的分类
• 1.2.2 等离子体的基本性质
• 1.2.3 等离子体的主要应用
• 1.3 溅射法镀膜
• 1.3.1 溅射法镀膜的简单介绍
• 1.3.2 射频磁控溅射方法基本原理
• 1.4 本课题主要研究内容及工作
• 第2章 等离子体诊断学的概念及理论
• 2.1 等离子体诊断的发展历程
• 2.2 等离子体的诊断方法
• 2.2.1 接触类方法
• 2.2.2 非接触类方法
• 2.3 等离子体的生成方法
• 第3章 朗缪尔单探针诊断
• 3.1 朗缪尔单探针诊断法的基本理论
• 3.1.1 Langmuir探针适用的条件
• 3.1.2 朗缪尔单探针诊断法的诊断原理
• 3.1.3 Langmuir探针的Ⅰ-Ⅴ特性曲线的性质
• 3.2 朗缪尔单探针诊断法的参数确定理论
• 3.2.1 OML理论
• 3.2.2 ABR理论
• 3.2.3 BRL理论
• 3.3 朗缪尔单探针诊断法的参数确定步骤
• 3.3.1 确定探针的表面
• 3.3.2 从研华PCL-818HG数据采集卡采集电压电流信号
• 3.3.3 绘出Ⅰ-Ⅴ特性曲线,并对Ⅰ-Ⅴ特性曲线作平滑处理
• 3.3.4 初步确定空间电位
• 3.3.5 初步估计电子温度
• 3.3.6 初步估计等离子密度
• 3.3.7 确定悬浮电位
• 3.3.8 初步估计德拜长度
• 3.3.9 由OML理论初步估计过渡区的离子浓度
• 3.3.10 求出过渡区的电子电流并显示
• 3.3.11 重新计算得到电子温度和悬浮电位
• 3.3.12 重复上面的步骤求上面的参数
• 3.3.13 求电子能量分布函数（EEDF）
• 3.3.14 求电子密度
• 3.3.15 求电子能量概率分布函数（EEPF）
• 第4章 发射探针诊断
• 4.1 探针的分类与比较
• 4.2 发射探针的原理
• 第5章 朗缪尔探针诊断电路的设计
• 5.1 信号发生器
• 5.1.1 信号发生器的种类介绍
• 5.1.2 信号发生器的选择与比较
• 5.1.3 MAX038的功能和电路原理
• 5.2 集成运算放大器
• 5.2.1 集成运算放大器的分类
• 5.2.2 高压大功率运算放大器PA88
• 5.3 数据采集卡PCL-818HG
• 5.3.1 数据采集卡PCL-818HG的简单介绍
• 5.3.2 数据采集卡PCL-818HG的主要参数
• 第6章 等离子体诊断实验
• 6.1 朗缪尔单探针法实验
• 6.1.1 单探针诊断法的探针设计
• 6.1.2 朗缪尔单探针诊断法的实验步骤及过程
• 6.1.3 朗缪尔单探针诊断法的实验条件及结果
• 6.2 零发射法实验
• 6.2.1 发射探针的设计
• 6.2.2 零发射法的实验步骤及过程
• 6.2.3 零发射法的实验条件及结果
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢