等离子体刻蚀并沉积类金刚石膜制备超疏水木材

为使木材表面具备疏水性能,采用等离子体刻蚀并沉积亲水性类金刚石(DLC)薄膜的方法对糖枫木(Acer saccharum)进行表面改性研究,通过扫描电子显微镜(SEM)、激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)、接触角测量仪、椭圆偏振光谱仪、X-射线光电子能谱仪(XPS),分析和表征了处理前后木材表面的微观形貌、粗糙度、润湿性能、沉积薄膜的厚度及元素组成和化学状态。结果表明:刻蚀时间小于30 min时,木材表面的平均粗糙度、均方根光洁度和高低差均随着刻蚀时间的延长逐渐增大;当刻蚀时间延长至45 min时,表面的粗糙度略有减小。木材表面的接触角随着刻蚀时间的延长先增大后减小,当刻蚀30 min并沉积DLC薄膜1.5 min时,接触角最大可达157.2°;而延长刻蚀时间至45 min时,其接触角为152.3°。相同的刻蚀时间下,木材表面的接触角随着DLC薄膜沉积时间的延长逐渐减小。通过计算,DLC薄膜的沉积速率为(51.7±4.5)nm/min;沉积DLC薄膜后,表面氧元素的含量明显减少,出现了石墨特征峰sp2-C和金刚石特征峰sp3-C。

基于OES的等离子体刻蚀过程

光学发射光谱(OES)诊断技术是高密度等离子体刻蚀工艺过程的关键技术,OES信号作为一种实时信号可以用来预测刻蚀过程的进展程度和判断刻蚀性能的好坏。在自行研发的等离子体刻蚀机平台上,采用美国海洋公司的OES传感器系统,采集多晶硅刻蚀工艺中所产生的OES信号,利用主元素分析法(PCA)对OES数据进行压缩处理,提高了实时信号的快速处理能力。对实验数据的分析表明:波长为405nm的OES谱线可以明确显示出等离子体刻蚀进程,是一条表征等离子体刻蚀过程的状态检测及终点检测控制的特征谱线。在此基础之上,提出了基于PCA法的终点检测算法,用以判断刻蚀终点。

PZT铁电薄膜材料的ECR等离子体刻蚀研究

以SF6和SF6+Ar为刻蚀气体,采用电子回旋共振等离子体刻蚀工艺成功地对溶胶-凝胶工艺制备的锆钛酸铅铁电薄膜进行了有效的刻蚀去除.研究了不同气体总流量、混合比、微波功率等因素对刻蚀速率的影响,指出当气体混合比约为20%时,刻蚀速率达到最大值.锆钛酸铅铁电薄膜表面组份XPS能谱分析曲线表明,在SF6和SF6+Ar气体中,被刻蚀后样品的Pb含量大大减少,TiO2的刻蚀是限制锆钛酸铅铁电薄膜刻蚀速率的主要因素.

木材表面等离子体刻蚀和沉积碳氟薄膜的超疏水性

【目的】具有超疏水性的木材可以抑制或减小木材表面对水分的吸收,从而延长并提高木材的使用寿命及性能,研究木材表面等离子体刻蚀和沉积碳氟薄膜的超疏水性,为等离子体环境下超疏水性木材的制备提供科学依据和参考。【方法】以糖枫木径切单板为试验材料,首先采用氧等离子体在放电功率150 W、工作气压66 Pa的条件下对其表面进行不同时间的刻蚀,利用扫描电子显微镜和激光扫描共聚焦显微镜分析刻蚀时间对木材表面形貌和粗糙度的影响;然后以五氟乙烷和氩气的混合气体在放电功率120 W、工作气压133 Pa的条件下将低表面能的碳氟薄膜等离子体化学气相沉积在刻蚀后的木材表面以制备具有超疏水性的木材,利用接触角测量仪、扫描电子显微镜和X-射线光电子能谱仪研究木材表面的润湿性、表面形貌、元素组成及其化学环境,同时利用椭圆偏振光谱仪测量不同沉积时间下的薄膜厚度。【结果】刻蚀时间小于30 min时,木材表面的平均粗糙度(Sa)、均方面光洁度(Sq)和最大高低差(Sz)均随着刻蚀时间增加逐渐增大,而当刻蚀时间延长至45 min时,木材表面的平均粗糙度略有减小;当沉积碳氟薄膜的时间固定为40 s时,刻蚀时间对木材表面静态接触角的影响并不明显,但滚动角则随着刻蚀时间增加逐渐减小,且顺纹方向的滚动角均小于横纹方向;未刻蚀木材表面的静态接触角随着薄膜沉积时间增加逐渐减小,水滴与木材表面之间均表现出较强的黏附性;椭圆偏振光谱仪测量表明,薄膜厚度随沉积时间增加线性增大;刻蚀时间固定为15 min或45 min时,增加碳氟薄膜沉积时间对木材表面静态接触角的影响并不明显,但滚动角均随沉积时间增加呈先减小后增大的趋势;刻蚀45 min并沉积碳氟薄膜40 s的木材样品,其静态接触角高达160.6°±0.4°,沿顺纹和横纹方向具有最小滚动角,分别为11.5°±1.2°和14.7°±2.5°;XPS分析显示,木材表面沉积碳氟薄膜后F元素含量接近50%,薄膜中富含—C—CF_x基团及—CF_3、—CF_2和—CF等碳氟基团,说明所沉积的薄膜发生了高度交联。【结论】木材表面经等离子体刻蚀并沉积低表面能的碳氟薄膜不但可以制备出具超疏水性的表面(静态接触角θ大于150°),同时所制备的木材具有较小的滚动角,可以有效防止水滴黏附于木材表面。

常压射频冷等离子体刻蚀硅的研究

介绍一种新型的常压射频低温冷等离子放电设备,并用该设备进行硅刻蚀的工艺实验.研究了刻蚀硅的速率随等离子体放电功率、气体流量以及衬底温度的变化规律,并得到了最大刻蚀速率为390nm/min.利用台阶仪、显微镜和扫描电镜(SEM)对刻蚀效果进行检测与分析,证实了该设备对硅的浅刻蚀具有较好的均匀性和较高的各向异性.结果表明,该设备在常压下刻蚀硅,操作简单且不易对材料表面产生损伤.

ECR等离子体刻蚀对玻璃光学和润湿性能的影响(邀请论文)

为了提高太阳能电池盖板玻璃的透过率和自清洁性能,采用电子回旋共振(ECR)等离子体刻蚀与金属颗粒掩膜结合的方法刻蚀硼硅酸盐玻璃,采用扫描电镜(SEM)对刻蚀后玻璃表面形貌进行了观察,采用分光光度计测量了刻蚀前后玻璃透过率变化,并用接触角仪测定了刻蚀前后玻璃表面润湿性变化.结果表明:经过ECR等离子体刻蚀后,在玻璃表面形成多山峰状纳米结构,平均尺寸约在80~140 nm,并有效提高了玻璃的可见光透过率,尤其是在有偏压刻蚀后透过率由原来91%提高到94.4%,同时,玻璃表面亲水性增强,接触角θ_c由原来的47.2°变为7.4°,自清洁性能得到提高.

氮化硅等离子体刻蚀工艺研究

针对氮化硅刻蚀工艺中硅衬底刻蚀损伤的问题。为了提高氮化硅对二氧化硅的刻蚀选择比,采用CF4,CH3F和O2这3种混合气体刻蚀氮化硅,通过调整气体流量比、腔内压强及功率,研究其对氮化硅刻蚀速率、二氧化硅刻蚀速率及氮化硅对二氧化硅选择比等主要刻蚀参数的影响。实验表明,在CH,F流量为25,O2流量为40 sccm,腔内压强为67 Pa,功率为150 W的条件下,得到氮化硅对二氧化硅选择比为15∶1,非均匀性3.87%的氮化硅刻蚀工艺。

等离子体刻蚀处理对金刚石膜粘附性能的影响

采用直流等离子体射流CVD法在YG8硬质合金基体上成功地合成了多晶金刚石薄膜。通常基体表面经金刚石磨盘研磨、稀硝酸化学侵蚀脱钴预处理后，沉积的金刚石薄膜的粘附性能仍不理想。本文首次采用原位的Ar－H2等离子体射流对基体表面进行适当的轰击、刻蚀处理，显著粗化了基体表面，并使基体表面显微组织和化学成分发生重大变化，并且在合适的沉积工艺条件下，沉积的金刚石膜的粘附性能显著提高。借助XRD、SEM、TEM、EPMA等对等离子体刻蚀处理的作用机理进行了初步探讨。

等离子体刻蚀的数学模型

介绍了等离子体刻蚀中的三种主要的数学模型 ,即 :物理模型、反应表面模型、神经网络模型。简要地叙述了它们的原理和优缺点。

硅基外延β-SiC薄膜在不同刻蚀气体中的等离子体刻蚀研究

用等离子体刻蚀（ＰＥ）工艺，以四氟化碳（ＣＦ４）和六氟化硫（ＳＦ６）以及它们与氧气（Ｏ２）的混合气体作为刻蚀气体分别对Ｓｉ基外延生长的β－ＳｉＣ单晶薄膜进行了刻蚀工艺研究。结果表明在同样刻蚀工艺条件下，以ＳＦ６＋Ｏ２作为刻蚀气体要比以ＣＦ４＋Ｏ２作为刻蚀气体具有更高的刻蚀速率；在任何气体混合比条件下经 ＳＦ６＋Ｏ２ 刻蚀后的样品表面都不会产生富碳（Ｃ）表面的残余ＳｉＣ层；而经ＣＦ４＋Ｏ２刻蚀后的样品表面是否产生富Ｃ表面残余ＳｉＣ层则与气体混合比条件有关，但刻蚀后的样品表面更为细腻。文中还对不同刻蚀气体下的刻蚀产物进行了讨论比较。

等离子体刻蚀工艺中的OES监控技术

采用光学发射光谱(OES)原位检测技术,对等离子体刻蚀机中的等离子体状态进行实时监控,讨论了其在故障诊断、分类、刻蚀终点的判断及控制方面的应用。实验平台为在新研发的高密度等离子体刻蚀机,采用化学气体HBr/Cl2为刻蚀气体进行多晶硅刻蚀工艺实验,实验过程中所采集的OES数据通过PCA法进行分析,得到与刻蚀过程相关的特征谱线。实验结果表明:OES技术适合于深亚微米等离子体刻蚀工艺过程的终点检测及故障诊断。最后就OES技术未来发展面临的挑战进行了讨论。

等离子体刻蚀凹栅槽影响AlGaN/GaN HEMT栅电流的机理

对等离子体干法刻蚀形成的凹栅槽结构Al GaN/GaN HEMTs肖特基电流增加的机理进行了研究.实验表明,凹栅槽结构Al GaN/GaN HEMTs肖特基栅电流增加一个数量级以上,击穿电压有一定程度的下降.利用AFM和XPS的方法分析Al GaN表面,等离子体干法刻蚀增加了Al GaN表面粗糙度,甚至出现部分尖峰状突起,增大了栅金属与Al GaN的接触面积;另一方面,等离子体轰击使Al GaN表面出现一定量的N空位,相当于栅金属与Al-GaN接触界面处出现n型掺杂层,使肖特基结的隧道效应加强,降低了肖特基势垒.由此表明,Al GaN表面粗糙度的增加以及一定量的N空位出现是引起栅电流急剧增大的根本原因.

低气压高密度等离子体刻蚀轮廓的数值研究

低气压、高密度等离子体刻蚀轮廓的数值研究对于研究高密度等离子体刻蚀工艺具有重要意义。文中提出了一个二维低气压、高密度等离子体刻蚀轮廓的理论模型 ,并利用“线”算法进行了数值模拟。与以往不同之处在于 ,模型中引入了掩模对入射粒子流的遮蔽效应和中性粒子在不同刻蚀表面的粘附系数的影响 ,使得模拟结果的准确性大大提高。论文最终还给出了要获得各向异性刻蚀的 e VS/k Ti 和 Γn0 /Γi0

等离子体刻蚀对Nafion~膜性能的影响

介绍了不同等离子体刻蚀条件对用于电解水制氢领域的Nafion117膜的性能影响。测试经表面刻蚀处理的Nafion膜的含水率、交换容量和电解性能,寻找最适用于Nafion膜表面刻蚀的条件。适宜的刻蚀有效地扩大了Nafion膜和催化电极之间的反应界面,并且使电极形成多孔结构,有利于产生的气体从电极上释放,降低槽电压。但过度刻蚀将破坏膜的离子簇,导致气阻增加,引起槽体性能下降。因此应严格控制射频功率和处理时间。

羊毛的等离子体刻蚀改性探讨

运用等离子体刻蚀方法对羊毛纤维、纱线及织物进行改性处理。结果表明:这种改性方法对于改善羊毛的抗静电性和导电性,提高羊毛纤维的吸湿性和防缩绒性,尤其是对改善毛纱的强力,具有积极的作用。实验发现,毛织物的等离子体刻蚀处理,有助于织物硬挺度和丰满度的改善和增加织物的表面摩擦作用。作者认为等离子体刻蚀改性处理具有一定的实用意义。

等离子体刻蚀处理对 金刚石膜结合性能影响的研究

研究了一种特殊的前处理工艺，即原位氩－氢等离子体刻蚀，对金刚石膜与硬质合金基体结合性能的影响．结果表明，氩－氢等离子体刻蚀能明显地粗化基体表面，改变表面的化学成分，并形成一层纯钨层．当这层纯钨层在后续的工艺中被再次碳化后。

α—Si TFT矩阵等离子体刻蚀技术的研究

本文介绍了α-Si TFT有源矩阵的CF_4等离子体刻蚀技术。分析了CF_4等离子体刻蚀α-Si:H和α-SiN_x的机理,对α-Si TFT的有源层与绝缘层之间刻蚀选择性和均匀性进行了研究,讨论了等离子体刻蚀速率与射频功率、反应室压力及衬底温度的依赖关系。根据实验结果总结了CF_4等离子体刻蚀速率随射频功率、反应室压力和衬底温度的增加而增大的规律,通过控制合适的工艺条件,成功地实现了选择性刻蚀并改善了刻蚀的均匀性。

等离子体刻蚀加工中的器件损伤

】介绍了器件损伤概念，强调了研究其的重要性。

等离子体刻蚀过程中的FTIR监控技术

采用傅里叶红外光谱仪(FHR)和MCT红外探测器可以构成原位的FTIR测量系统,可应用于在电感耦合等离子体刻蚀机中进行的硅刻蚀工艺.文中对反应腔室腔壁状态对刻蚀过程的影响,以及在硅晶片表面反应层的变化进行了详细的研究.实验表明:采用含F化合物对反应腔室进行清洗会改变反应腔室的状态,在腔室内壁状态达到稳定之前会对刻蚀速率的一致性造成扰动.硅片表面反应层中的化学组成变成了以CF为主的薄膜层,对刻蚀过程的有一定的抑制作用.

固定宽度结构等离子体刻蚀中Lag效应的数值模拟

为了对传感器设计与制造中的刻蚀过程进行研究，本文利用等离子体～硅表面交互作用的动力学机制和算法的优化，建立了一种时空归一化的等离子体刻蚀硅片二维模型，并利用该模型，从固定结构尺寸的角度对等离子体刻蚀中的重要现象——Lag效应进行了揭示，证明在固定宽度结构的刻蚀中存在刻蚀速率随时间变小的现象。同时还对刻蚀算法中的时间步长选择问题进行了讨论，从数值计算的角度提出了最优时间步长的概念并加以验证。为工艺过程的数值模拟及实验提供参考和指导。