电子回旋共振等离子体静电探针诊断技术研究

采用Langmuir静电单探针和双探针诊断技术对微波电子回旋共振(ECR)装置产生的低温低气压氮气等离子体进行诊断.测量了等离子体密度随微波功率,轴向距离,径向距离的变化关系以及电子温度随轴向距离的变化关系.采用3种不同理论计算等离子体密度;分别采用单探针与双探针测量电子温度.结果表明,由饱和电子电流计算得到的电子密度与由受限轨道理论计算得到的电子密度相一致,约为1×1010/cm3,而由饱和离子电流计算得到的电子密度在2×1010/cm3左右;由单探针测量的轴向电子温度最高可达7 e V,而双探针的测量值最大仅为4.5 e V.越靠近离子源处,这一差异性越明显.然后引入Langmuir受限轨道理论对这些差异现象进行分析,提出电流分离的思想,将电子电流与离子电流分离,证明了受限轨道理论在ECR等离子体中的适用性.通过利用电流分离思想除去离子电流的方法得到负偏压部分的电子电流,解决了使用单探针测量电子温度时直线部分不明显的问题.     

直管式反应室感应耦合等离子体技术制备氮化硅薄膜研究

采用直管式反应感应耦合等离子体增强化学气相沉积法(ICPECVD)制备氮化硅薄膜，并用傅立叶变换红外光谱仪测试了氮化硅薄膜的红外光谱，结果表明氮化硅薄膜中不仅存在Si—N键，而且由于杂质氢的存在而含有Si—H键和N—H键．用朗缪尔单探针测试了直管式反应室中的等离子体参数，得到离子密度Ni在反应室内轴向以及径向位置的变化规律，弄清了离子密度Ni分布比较均匀的区域，分析了离子密度Ni分布的均匀性对等离子体干法刻蚀和薄膜制备的影响和意义。     

MEVVA源引出离子束流分布均匀性的初步研究

通过采用加会切磁场、增大离子源阴极与阳极距离并限制源等离子体发射角，从而使源阳极电位高于等离子体电位和采用改变源阳极结构──仅用阳极筒──从而改变弧放电路径这３种方法，对改善ＭＥＶＶＡ源引出离子束流密度分布的均匀性进行了初步的研究。第３种方法从根本上改变了ＭＥＶＶＡ源引出束分布的高斯分布特性，在合适的条件下可能得到更为均匀的束流密度分布。     

等离子体辅助电子枪蒸发制备A lN薄膜及等离子体参数诊断

采用射频TCP(Transverse coup led p lasm a)等离子体辅助电子枪蒸发技术首次在室温下制备了氮化铝薄膜,用傅立叶变换红外光谱仪分析了氮化铝薄膜红外光谱的特性.利用朗缪尔静电单探针诊断了射频TCP离子束辅助电子枪蒸发镀膜装置反应室内等离子体密度的空间分布规律,并分析了气压对等离子体分布的影响.离子源口等离子体密度较大,但分布不均匀;反应室内等离子体迅速扩散,密度变小,分布趋向于均匀.     

电子束蒸发镀膜反应室内的等离子体空间分布

利用Langmuir探针诊断方法,得到了放电气压0.1Pa、射频13．56MHz、功率200W、加速栅压-200V和减速栅压 85V条件下,电子束蒸发镀膜反应室内的等离子体空间密度分布,以及不同放电气压和不同偏压下反应室内的等离子体密度分布．通过对反应室中等离子体空间分布的分析,得到离子密度均匀区域、合适的反应气压和合适的加速栅电压、减速栅电压范围．     

离子源辅助法制备T iN及等离子体特性研究

采用TCP等离子体辅助电子束蒸发沉积技术,在室温条件下的玻璃基片上制备了纳米结构的氮化钛薄膜.运用X衍射技术对该薄膜进行表征.利用朗缪尔静电双探针诊断了蒸发镀膜装置反应室内等离子体密度及分析其分布规律,并分析了气压和功率对等离子体分布的影响.结果表明:离子源源口等离子体密度较大且分布不均匀;反应室内等离子体迅速扩散,密度变小且分布趋于均匀.     

组合体脉冲真空电弧源的初步研究

为得到高密度的等离子体,设计研制了组合体脉冲真空电弧源,它由4套脉冲真空电弧源组合而成.测量了脉冲真空电弧源弧压与弧流的关系;利用静电探针测量了组合体脉冲真空电弧源和单套脉冲真空电弧源产生的等离子体,得到了探针饱和电流(与等离子体密度成正比)与弧压的关系,以及等离子体密度的轴向分布情况;采用飞行时间方法估测了等离子体的飞行速度.组合脉冲真空电弧源最大等离子体密度达到8×1012 cm-3.     

弱磁场中辉光放电等离子体参数诊断

利用静电探针对弱磁场中直流辉光放电等离子体参数进行了诊断,测量了等离子体的密度和温度．结果表明,离子密度随放电电流的增加而增加,随气压的升高而升高;电子温度随放电电流的增加而增加,随气压的升高而降低;在磁场中,离子密度随磁场的增强而增大,电子温度随磁场的增加而减小．实验结果与理论计算结果基本趋势相一致．     

微波等离子体的朗缪尔探针测量

随着微波等离子体的应用越来越广泛,其参数的测量研究也逐渐得到人们的重视.本文使用朗缪尔探针测量了微波等离子体的单探针I-V特性,并根据探针测量原理计算出等离子体空间电位、电子温度,电子密度和离子密度等参数.     

探针电流调制法在射频低压等离子体诊断中的应用

应用探针电流调制法设计的三探针用于诊断无内电极放电的射频低压等离子体中的电子能量分布函数。测量了氮气等离子体在压强为０．１３～１３Ｐａ时的电子能量分布函数。由此得到的电子平均能量，与由探针Ｖ－Ｉ特性计算得到的电子平均能量相差不超过５％，证明了本测量系统的可靠性。     

等离子体参数诊断及其特性研究

利用朗缪尔探针，诊断了Pw=650W、Im=145A、p=O．1Pa条件下在微波电子回旋共振等离子体增强有机金属化学气相沉积ECR-PEMOCVD装置反应室中ECR等离子体密度和电子温度的空间分布规律并分析了磁场对等离子体分布的影响．上游I区的等离子体受磁场梯度影响、按磁场位形扩散且等离子体分布不均匀；下游Ⅱ区的等离子体具有良好的径向分布均匀性．下游Ⅱ区z=30cm、直径为16cm区域内等离子体密度均匀性达到了96．3％．这种大面积均匀分布的等离子体在等离子体加工工艺中具有广泛的应用。     

螺旋型天线螺旋波等离子体特性研究

为提高等离子体密度和工质气体电离率,本文采用螺旋天线产生的螺旋波激励Ar等离子体,并利用射频补偿Langmuir探针分析了等离子体的离子密度和电子温度特征.试验结果表明,气压增加的同时,随着功率的升高,螺旋波等离子体出现放电模式转换,提前进入螺旋波放电模式.在1.0 Pa压强下,当射频功率达到400 W时,等离子体进入螺旋波放电模式,此时扩展区域的等离子体密度超过1×10¹⁸ m^-3.电子密度在放电管中心区域最高,并沿径向逐渐降低.本文的研究结果将为大体积H₂螺旋波等离子体提供依据和经验.     

磁场对麦瓦(MEVVA)离子源电荷密度分布的影响

为解决麦瓦(MEVVA)离子源束流的径向分布均匀性问题,采取了加入会切磁场的方法.会切磁场的安放位置不同得到束流分布均匀性的程度不同.另外,如安放一纵向磁场对分布的均匀性也有改善,但不如在合适位置安放会切磁场的效果好.     

两种螺旋波天线对非均匀等离子体波场结构的影响

基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在石英管中等离子体沿径向不均匀分布条件下,研究分析了1Loop型和Boswell型等2种螺旋波天线激发出的射频波功率对波场结构的影响情况。运用Helic程序求解管内电磁场相关的4个径向微分方程,得到波电场和波磁场的分布情况。通过分析两型天线对螺旋波等离子体波场结构的影响,对比2种天线的性能。结果发现:L型天线激发的波场属于强静电弱磁波场,B型天线激发波场则属于强静电强磁波场;B型天线相比L型天线能够在天线覆盖范围内产生强波电场,该天线下更多功率耦合进了等离子体中。L天线激发波电场受密度梯度影响显著,L天线对靠近壁面处等离子体影响范围大于B天线,B型天线激发波场能量更强。     

Influence of the low-frequency source parameters on the plasma characteristics in a dual frequency capacitively coupled plasma reactor: Two dimensional simulations

A two-dimensional (2D) fluid model is presented to study the discharge of argon in a dual frequency capacitively coupled plasma (CCP) reactor. We are interested in the influence of low-frequency (LF) source parameters such as applied voltage amplitudes and low frequencies on the plasma characteristics. In this paper, the high frequency is set to 60 MHz with voltage 50 V. The simulations were carried out for low frequencies of 1, 2 and 6 MHz with LF voltage 100 V, and for LF voltages of 60, 90 and 120 V with low frequency 2 MHz. The results of 2D distributions of electric field and ion density, the ion flux impinging on the substrate and the ion energy on the powered electrode are shown. As the low frequency increases, two sources become from uncoupling to coupling. When two sources are uncoupling, the increase in LF has little impact on the plasma characteristics, but when two sources are coupling, the increase in LF decreases the uniformities of ion density and ion flux noticeably. It is also found that with the increase in LF voltage, the uniformities in the radial direction of ion density distribution and ion flux at the powered electrode decreases significantly, and the energy of ions bombarding on the powered electrode increases significantly.     

射频离子推力器束流特性数值模拟

为了分析射频离子推力器束流特性,基于二维流体模型对自研的11 cm射频离子推力器开展放电室等离子体数值模拟,获得给定电气参数下离子密度、电子温度等关键参数的分布特性;研究了等离子体参数和束流大小与射频功率间的函数关系;以等离子体参数和栅极参数为输入,基于离子光学系统模型获得不同工况下的单孔离子引出轨迹.研究结果显示:离子密度和电子温度分别沿放电室径向逐渐减小和增大,有利于获得更好的束流均匀性及更大的束流;束流大小与射频功率呈线性正相关关系,有利于实现束流连续精确可调;屏栅上游鞘层的形成与离子密度、离子种类、栅极电压组合相关,综合考虑以上因素获得最佳束流聚焦和引出特性.     

直流TIG电弧的电流密度研究

对直流ＴＩＧ电弧阳极表面电流密度的测量方法－－分离极法和探针（自制）法进行了分析比较；以实际测量为基础，研究了这种电弧电流密度的径向分布特征及其数学表达式，分析了电弧电压和电流对电流密度径向分布的影响。研究结果表明：当电流较小时，直流ＴＩＧ电弧电流的径向分布属正态分布；反之，则无法用简单函数式表达。