低气压双频容性耦合氮气/氧气等离子体特性研究
发布时间：2021-01-18 16:26
双频容性耦合等离子体（Dual-Frequence Capacitively Coupled Plasmas,DF-CCPs）可以实现对轰击到基片表面的离子通量和能量单独控制,从而减缓等离子体刻蚀过程中刻蚀速率与器件损坏之间的矛盾,因此该技术广泛地应用于半导体芯片的刻蚀以及等离子体清洗等领域。本文通过DF–CCP装置产生了氮气/氧气等离子体,其中高频频率为94.92 MHz,低频频率为13.56 MHz,并讨论了氮气等离子体中电子激发温度、氮气分子的振动温度Tv和转动温度Tr随着高频功率、低频功率、气体压强的变化;还讨论了氧气等离子体中电子激发温度、电子密度随着高频功率、低频功率、气体压强的变化。第一部分工作,研究了氮气放电等离子体中电子激发温度、氮气振动温度以及转动温度随着高频（HF）功率、低频（LF）功率及气体压强等物理参数的变化情况。选择N II（391.4nm）和N III（394.3nm）谱线,采用双谱线强度法诊断了不同条件下的电子激发温度;采用发射光谱法计算氮气等离子体的振动温度Tv和转动温度Tr<...
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
放电装置示意图
第3章双频容性耦合氮气等离子体放电特性24跃迁，从而使得处于激发状态的原子数目增加，导致谱线强度增加。图3.1当气体压强为200mTorr，高频功率分别为(a)30W和(b)60W时获取的不同高频功率的发射光谱强度。在固定低频功率为30W或60W，高频功率为150W时，NII(391.1nm)谱线相对于高频功率为10W均增加。这是因为电子从电场中获得的能量随着高频功率的增加而增加，在高频150W时，率先达到23.57eV的电离激发阈值，激发粒子的数量增加，因此该线的强度显著增加。然而，当低频功率为60W时，391.9nm的谱线的强度显著降低。这可能是由于高频源和低频源之间的耦合效应，低频功率对高频电源产生影响，低频功率增加，低频电压增加，高频电压基本保持不变，高能电子的数目减少，有效电离减少，激发态粒子数目减少，导致391.9nm的谱线强度下降。另一方面，结合表3.1[10](NationalInstituteofStandardsandTechnology，NIST)也可知，谱线的激发能越低，谱线相对强度越高，对应的电离反应更容易发生，这与等离子体中较多的低能电子和较少的高能电子的分布规律一致[11]。表3.1部分氮分子转移概率和激发能Wavelength(nm)Transitionprobability(s-1)Excitationenergy(eV)353.522.0810794.39357.362.2110724.38375.396.6710641.69380.351.0310741.68391.907.5710723.57395.591.2110721.95
第3章双频容性耦合氮气等离子体放电特性253.2.2低频功率对发射光谱的影响图3.2当气体压强为200mTorr，高频功率分别为(a)30W和(b)60W时获取的不同低频功率的发射光谱强度。图3.2是使用发射光谱法在光谱积分时间为300ms时获得的N2等离子体放电的第二正带谱线系的发射光谱，(a)和(b)分别是固定高频功率为30W和60W，相对光谱强度随着低频功率的变化。从图中可以看出在放电气体压强保持200mTorr不变时，相对光谱强度随着低频功率的变化结果与高频功率变化结果一样，光谱中未发现谱线位置移动的现象，这与之前的的解释原因一致。从图(a)和(b)中都可发现，随着低频功率逐渐增加，氮气所有相对谱线强度均呈现增加趋势。这是因为随着低频放电功率的增加，低频电压线性增加，并且高频电压也缓慢增加。这导致等离子体和鞘层之间的随机加热机制的增加，等离子体区域中的高能电子的增加，粒子之间的电离碰撞反应增加，电离速率增加，因此谱线强度均呈增加趋势。但是，与高频功率对谱线强度的影响相比，低频功率的影响较小，这可能是由于高频功率是直接对等离子体区产生影响，促进等离子体区的有效电离。而低频功率是对鞘层产生影响，通过改变鞘层的厚度、高低频电压，间接对等离子体区产生影响，造成了低频功率情况下，谱线强度与高频功率影响的谱线强度相比较低[12,13]。3.2.3气体压强对发射光谱的影响图3.3是使用发射光谱法在光谱积分时间为300ms时获得的N2等离子体放电的第二正带谱线系的发射光谱。其中高频功率和低频功率都为30W时，相对光谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]双频大气压冷等离子体射流制备TiO2的表面形貌研究[J]. 袁强华,李洋,张亚东,鉴霄阳. 西北师范大学学报(自然科学版). 2018(02)
[2]等离子体清洗技术在航空制造业中的应用及前景分析[J]. 沙春鹏,卢少微,赵雪莹,贾彩霞. 能源研究与管理. 2014(04)
[3]Characteristics of a large gap uniform discharge excited by DC voltage at atmospheric pressure[J]. 李雪辰,鲍文婷,贾鹏英,赵欢欢,狄聪,陈俊英. Chinese Physics B. 2014(09)
[4]静电探针法对等离子体参数的测定[J]. 贾瑞金,童靖宇,刘业楠. 航天器环境工程. 2006(05)
[5]等离子清洗的应用与技术研究[J]. 张塍. 电子工业专用设备. 2006(06)
[6]中国—东盟自由贸易区建立与广西金融业发展[J]. 杨爱梅. 广西商业高等专科学校学报. 2004(03)
[7]低温等离子体技术在表面改性中的应用进展[J]. 张近. 材料保护. 1999(08)
硕士论文
[1]低温等离子体的发射光谱诊断研究[D]. 刘耀泽.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：2985263
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
放电装置示意图
第3章双频容性耦合氮气等离子体放电特性24跃迁，从而使得处于激发状态的原子数目增加，导致谱线强度增加。图3.1当气体压强为200mTorr，高频功率分别为(a)30W和(b)60W时获取的不同高频功率的发射光谱强度。在固定低频功率为30W或60W，高频功率为150W时，NII(391.1nm)谱线相对于高频功率为10W均增加。这是因为电子从电场中获得的能量随着高频功率的增加而增加，在高频150W时，率先达到23.57eV的电离激发阈值，激发粒子的数量增加，因此该线的强度显著增加。然而，当低频功率为60W时，391.9nm的谱线的强度显著降低。这可能是由于高频源和低频源之间的耦合效应，低频功率对高频电源产生影响，低频功率增加，低频电压增加，高频电压基本保持不变，高能电子的数目减少，有效电离减少，激发态粒子数目减少，导致391.9nm的谱线强度下降。另一方面，结合表3.1[10](NationalInstituteofStandardsandTechnology，NIST)也可知，谱线的激发能越低，谱线相对强度越高，对应的电离反应更容易发生，这与等离子体中较多的低能电子和较少的高能电子的分布规律一致[11]。表3.1部分氮分子转移概率和激发能Wavelength(nm)Transitionprobability(s-1)Excitationenergy(eV)353.522.0810794.39357.362.2110724.38375.396.6710641.69380.351.0310741.68391.907.5710723.57395.591.2110721.95
第3章双频容性耦合氮气等离子体放电特性253.2.2低频功率对发射光谱的影响图3.2当气体压强为200mTorr，高频功率分别为(a)30W和(b)60W时获取的不同低频功率的发射光谱强度。图3.2是使用发射光谱法在光谱积分时间为300ms时获得的N2等离子体放电的第二正带谱线系的发射光谱，(a)和(b)分别是固定高频功率为30W和60W，相对光谱强度随着低频功率的变化。从图中可以看出在放电气体压强保持200mTorr不变时，相对光谱强度随着低频功率的变化结果与高频功率变化结果一样，光谱中未发现谱线位置移动的现象，这与之前的的解释原因一致。从图(a)和(b)中都可发现，随着低频功率逐渐增加，氮气所有相对谱线强度均呈现增加趋势。这是因为随着低频放电功率的增加，低频电压线性增加，并且高频电压也缓慢增加。这导致等离子体和鞘层之间的随机加热机制的增加，等离子体区域中的高能电子的增加，粒子之间的电离碰撞反应增加，电离速率增加，因此谱线强度均呈增加趋势。但是，与高频功率对谱线强度的影响相比，低频功率的影响较小，这可能是由于高频功率是直接对等离子体区产生影响，促进等离子体区的有效电离。而低频功率是对鞘层产生影响，通过改变鞘层的厚度、高低频电压，间接对等离子体区产生影响，造成了低频功率情况下，谱线强度与高频功率影响的谱线强度相比较低[12,13]。3.2.3气体压强对发射光谱的影响图3.3是使用发射光谱法在光谱积分时间为300ms时获得的N2等离子体放电的第二正带谱线系的发射光谱。其中高频功率和低频功率都为30W时，相对光谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]双频大气压冷等离子体射流制备TiO2的表面形貌研究[J]. 袁强华,李洋,张亚东,鉴霄阳. 西北师范大学学报(自然科学版). 2018(02)
[2]等离子体清洗技术在航空制造业中的应用及前景分析[J]. 沙春鹏,卢少微,赵雪莹,贾彩霞. 能源研究与管理. 2014(04)
[3]Characteristics of a large gap uniform discharge excited by DC voltage at atmospheric pressure[J]. 李雪辰,鲍文婷,贾鹏英,赵欢欢,狄聪,陈俊英. Chinese Physics B. 2014(09)
[4]静电探针法对等离子体参数的测定[J]. 贾瑞金,童靖宇,刘业楠. 航天器环境工程. 2006(05)
[5]等离子清洗的应用与技术研究[J]. 张塍. 电子工业专用设备. 2006(06)
[6]中国—东盟自由贸易区建立与广西金融业发展[J]. 杨爱梅. 广西商业高等专科学校学报. 2004(03)
[7]低温等离子体技术在表面改性中的应用进展[J]. 张近. 材料保护. 1999(08)
硕士论文
[1]低温等离子体的发射光谱诊断研究[D]. 刘耀泽.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：2985263
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