容性耦合CF4/Ar等离子体放电特性研究

容性耦合CF4/Ar等离子体被广泛应用于半导体材料的刻蚀工艺中,本文采用流体力学模型,研究了气体比例对容性耦合CF4/Ar等离子体放电特性的影响。结果表明,随着CF4含量的增加,电子和Ar+离子的密度单调递减,而F-离子密度的变化趋势相反。在Ar含量较高时,电子主要是通过电子与背景气体(特别是Ar)之间的碰撞电离反应产生的,但随着CF4含量增加,F-离子与CF3基团的碰撞电荷分离反应逐渐成为其最主要的产生途径;电子主要通过附着反应生成负离子而损失,因此这也是F-离子最主要的产生机制。当CF4含量较低时,F-离子主要通过其与Ar+离子之间的复合反应损耗;随着CF4含量的增加,F-离子与CF3基团的碰撞反应成为其主要消耗方式。对于中性粒子CF3基团和F原子,它们的密度随CF4含量的增加而增加,但当CF4含量高于50%时,呈现相反的变化趋势,这种非单调的变化是由于两种粒子的主要产生反应的反应物浓度随气体比例的变化导致的。CF3基团和F原子主要是通过电荷转移反应和复合反应来产生和损耗的。

不同频率驱动下容性耦合Ar等离子体随气压变化的放电特性

讨论了在驱动频率分别为13.56MHz、40.68MHz、94.92MHz和100MHz,功率为40W,气压由3.3~26.6Pa下的容性耦合Ar等离子体的放电特性。利用光谱相对强度法分别诊断了电子激发温度和电子密度。采用粒子模拟和蒙特卡罗碰撞模型(PIC/MCC),模拟了上述实验条件下中心处电子密度和电子能量概率分布(EEPF)。结果表明,在每一个驱动频率下,电子密度均随放电气压的增加而增加,而电子温度则随气压增加而降低。驱动频率为13.56MHz和40.68MHz的电子密度随气压变化趋势几乎一致,而94.92MHz和100MHz的电子温度则随气压变化趋势几乎一致。通过比较EEPF,电子温度随气压的增加有下降的趋势,与光谱诊断结果基本吻合。

容性耦合硅烷等离子体尘埃颗粒空间分布的二维流体模拟

基于自主研发的二维流体尘埃模型,研究了射频容性耦合硅烷等离子体放电中不同腔室结构对尘埃颗粒密度空间分布的影响.模拟发现,有别于一维模型,径向电场和作用在尘埃颗粒上的离子拖拽力径向分量是导致尘埃颗粒密度分布径向不均匀的主要因素,使其在极板边缘处呈现两个局部峰值,其中一个峰值表明尘埃颗粒有可能会克服电场力的支撑更接近极板.在极板半径较小或极板间距较小的情况下,径向离子拖拽力的作用增强,使尘埃颗粒更易于在极板边缘处和腔室侧壁附近聚集,出现环状尘埃颗粒分布带.在放电极板有介质材料包裹的情况下,尘埃颗粒密度径向分布的均匀性得到改善.最后,还模拟了单个尘埃颗粒在极板边缘处的涡旋运动规律.

大气压双频容性耦合Ar/O_(2)等离子体特性研究

文章利用二维流体模型对双频调制大气压Ar/O_(2)放电特性进行了研究,着重讨论高低频电压、低频频率等不同匹配方式对等离子体参数的影响,并且通过对电子加热模式、电子密度、中性粒子密度、正离子能量以及正离子总通量等分析了大气压Ar/O_(2)放电双频调控机制。结果表明,低频源电压的改变使得电子加热模式由α模式转变为DA/α混合模式,且等离子体密度、正离子总通量及离子能量均随着低频电压的升高而增大,发生了解耦现象。与低频源电压不同,高频源电压和低频源频率对电子加热模式不产生影响。此外,高频源电压对等离子体密度及正离子总通量影响较大,对刻蚀工业中易对材料造成损伤的离子能量影响很小;而低频源频率对工业中影响影响较大的离子能量和离子总通量影响较大,对等离子体密度影响较小,实现了等离子体密度和离子能量的独立控制。

空心电极对容性耦合等离子体放电特性影响

为了提高容性耦合等离子体源的等离子体密度,采用空心电极来代替传统平板电极进行放电。本文采用流体力学模型对容性耦合空心电极放电进行建模仿真,研究不同空心电极的孔隙结构、放电电压及极板间距下,空心电极对容性耦合等离子体放电特性,特别是对等离子体密度的影响。结果表明,采用传统平板电极放电得到的等离子体密度仅为1.86×10^(15)m^(-3);当采用倒梯形孔隙结构空心电极进行放电时,空心阴极效应被抑制,等离子体密度仅有少量增长;采用矩形或梯形孔隙结构的空心电极进行放电时,孔隙下方的等离子体密度显著提高,达到2.37×10^(15)m^(-3)以上。研究还发现,随着放电电压从50 V增至125 V,空心阴极效应和静电边缘效应都显著增强,放电中心处的电子密度从4.76×10^(14)m^(-3)迅速增加到3.98×10^(15)m^(-3),但等离子体密度在径向分布上出现两个明显的峰值,导致均匀性变差。随着极板间距的增加,等离子体密度显著提高,等离子体均匀性受扩散效应的影响得到明显改善。

一种容性耦合隔离放大器封装结构及其封装方法研究

本文基于容性耦合原理提出了一种隔离放大器封装结构及其封装方法。其基本特点:①在设计中采用塑料封装,且封装结构是双基岛隔离型引线框架,包括相互隔离的左侧基岛及右侧基岛,输入侧及输出侧芯片或片式电子元器件分别位于左侧基岛及右侧基岛区域。②芯片电容位于两个基岛的靠近区域,片式元器件及芯片电容通过键合丝连接相应电气连接点。由于芯片电容采用具有抗磁干扰能力强的材料,将两片电容互连,即可在隔离通道形成抗电磁干扰能力强的隔离势垒。③本设计将片式元器件、芯片电容和引线框架在结构上组成一个整体,使封装小型化、强功能、低成本、高可靠、易设计及制作。适用于电源、电机控制器、远程电压检测、生物医学测量、远程数据采集等领域。

同塔交直流线路容性耦合干扰的分析与计算

超（特）高压交直流同塔多回输电技术在解决输电走廊占地问题中的应用已经得到关注与研究,因此文中研究了交直流同塔的容性耦合干扰以及屏蔽措施。首先建立了单回和双回交流线路分别于直流线路同塔时,交直流线路的容性耦合干扰分析模型,分别计算了不同结构的交流线路在同塔并行的直流线路上产生的容性耦合感应电压。仿真结果表明：交流线路的排列方式、交直流垂直线间距和交流线路相导线的相序排列对容性耦合感应都有影响。感应电压值随垂直间距的增加呈非线性递减;双回交流线路逆向排序可以抑制感应电压,其中鼓型逆相排序可以使交流线路在直流线路中的感应电压值降低46.8%。同时,增加接地线也可以使感应电压值下降7%~18%。

容性耦合等离子体腔室放电特性仿真研究

容性耦合等离子体射频放电广泛应用于IC制造中的薄膜沉积、刻蚀工艺中,等离子体中的电子密度和平均电子温度直接影响离化及激发反应速率,其在放电腔室中径向分布的均匀性严重影响刻蚀和薄膜沉积的均匀性。以某12寸腔体为研究对象,采用Comsol软件仿真研究了功率电极电压、腔室气压和极板间距对等离子体的电子密度和平均电子温度的影响规律。仿真研究发现:在研究的气压、电压、极板间距范围内,电子密度和平均电子温度随电压的增加而增加,其均匀性随电压的增加而变差;电子密度随气压的增加而增加,平均电子温度随气压的增加而降低,电子密度的均匀性随气压的增加而改善,电子温度的均匀性随气压的增加先变差再变好;电子密度随极板间距的增加而增加,平均电子温度随极板的增加而降低,电子密度和平均电子温度的均匀性随极板间距的增加而变好。研究结果对指导等离子体参与的IC工艺腔室结构设计及工艺控制具有重要意义。

CF4射频容性耦合等离子体对硅橡胶表面双疏改性的研究

利用CF4射频容性耦合等离子体对硅橡胶进行表面双疏改性,用XPS技术分析了处理后硅橡胶表面成分变化,并利用接触角测量研究了表面疏水疏油改性效果。结果表明,CF4射频容性耦合等离子体通过等离子体表面氟化和剥离或刻蚀的相互竞争作用在硅橡胶表面引入大量硅氟基团和少量碳氟基团,两者协同作用使硅橡胶的疏水疏油性能得到大幅提高。

射频容性耦合等离子体放电特性的光谱诊断

利用流体模型模拟和发射光谱实验诊断相结合的方法,研究了中等气压、中等功率下射频容性耦合等离子体的放电特性。理论上,采用基于流体模型的COMSOL软件仿真,建立一维等离子体放电模型,以Ar气为工作气体,研究了不同气压以及不同射频输入功率下等离子体电子温度和电子密度的分布规律。实验上,依据仿真模型设计制作了相同尺寸的密闭玻璃腔体和平板电极,采用13.56 MHz射频放电技术电离腔体内的工作气体Ar气,测量了不同气压、不同射频输入功率时放电等离子体的发射光谱。通过分析和选择适当的ArⅠ和ArⅡ的特征谱线,分别利用玻尔兹曼斜率法以及沙哈-玻尔兹曼方程计算了等离子体的电子温度与电子密度,并结合模拟仿真结果对光谱诊断结果进行了修正。结果表明:当气体压强为300~400Pa、输入功率为600~800 W时,等离子体近似服从玻尔兹曼分布,此时利用光谱法得到的等离子体参数与仿真结果相符合。仿真模拟与光谱实验诊断相结合的方法可初步诊断出中等气压下等离子体的放电参数,增加了玻尔兹曼斜率法和沙哈-玻尔兹曼方程在等离子体放电中的使用范围,扩大了光谱法在低电子密度容性耦合等离子体参数诊断的应用场合,为中等气压容性耦合等离子体在工业与军事上的应用研究提供了重要物理状态的分析手段。

容性耦合射频(CCRF)放电等离子体特性实验研究

利用自行研制的传感器和测量装置 ,通过对射频放电电压电流以及其相位角的测定 ,算出放电管的总阻抗 ,结合放电管的等效电路 ,对容性耦合射频 (CCRF)激励激光器放电特性进行研究 ,得出容性耦合射频激励激光器等离子体的伏安特性的曲线 ,以及等离子体电阻、容抗与气体压强、放电电流之间的实验曲线 ,在Godyak射频放电模型的基础上得出等离子体的电子密度 ,并同内置铜电极射频激励铜离子激光器阻抗特性进行了比较。

基于容性耦合电极的可穿戴心电信号检测及其去噪算法研究

针对传统心电检测系统存在佩戴电极不方便和电极导电膏易脱水等问题,在研究分析电容耦合工作原理的基础上,设计了一种可穿戴容性耦合电极。针对这种可穿戴容性耦合电极,提出了一种改进小波阈值去噪算法,该算法结合心电信号与噪声小波系数分布特性,采用改进阈值函数对分解后小波系数量化处理并重构心电信号。利用MIT-BIH数据库验证,该算法能有效消除心电信号中的噪声干扰,相比平滑滤波、数学形态滤波和经验模式分解信噪比提高了10.72%,均方误差减小了27.29%。心电检测实验表明可穿戴容性耦合心电信号检测系统能够准确检测出人体心电信号主要特征。

关于EFT试验中容性耦合夹使用的注意事项

本文结合耦合原理对进行群脉冲(EFT)实验时使用容性耦合夹的注意事项进行分析讨论,并得出在使用耦合夹的EFT实验中,使用退耦钳的重要性,对EFT试验现行的标准IEC61000-4-4:2012[1]中的容性耦合夹使用条款给出改进建议。

低频频率和O_2含量对双频容性耦合等离子体Ar-O_2放电的影响

利用四极杆质谱仪研究了Ar/O2混合气体放电中低频频率和O2含量对离子能量分布和平均能量的影响。研究结果表明当低频频率增大时,离子能量逐渐由中频机制向高频机制变化,其能量分布的马鞍型双峰结构逐渐收缩,变得不明显。Ar+离子由于共振电荷交换的影响获得更多的低能离子,其平均能量比O2+离子的稍低。增大氧气含量,电离率增大,Ar+离子和O2+离子的高低能峰均向高能区移动,最大能量值逐渐右移。同等条件下的Ar+离子的平均能量均低于O2+离子。

三频容性耦合氮等离子体中N_(2)和N_(2)^(+)的转动温度和振动温度试验

通过光谱拟合方法研究三频容性耦合氮等离子体中高频(high frequency,HF)、中频(intermediate frequency,IF)和低频(low frequency,LF)功率对氮分子(N_(2))和氮分子离子(N_(2)^(+))的转动温度(T_(r))与振动温度(T v)的影响。试验结果表明:由于等离子体的粒子密度升高,导致粒子间碰撞加剧且温度升高;N_(2)和N_(2)^(+)的T_(v)随HF功率的增加而上升的趋势非常明显,而随IF或LF功率的增加则基本不变或略有下降。由此可知,HF功率对N_(2)和N_(2)^(+)的T r影响最大,即对等离子体的加热最为明显,而LF功率的增加对等离子体的加热作用较小,IF居于两者之间。因此,HF功率有利于提高N_(2)和N_(2)^(+)的化学活性并有利于其分解,而IF和LF功率影响不大,甚至能一定程度上降低N_(2)和N_(2)^(+)的化学活性。

容性耦合射频放电等离子体的仿真模拟与实验诊断研究

针对工业生产与军事应用上低气压、低温非热平衡等离子体的制备和实验诊断问题,采用COMSOL软件等离子体模块进行仿真模拟,建立容性耦合射频等离子体放电的一维流体模型,设定He气为工作气体,数值研究不同电压、不同气压条件下等离子体电子数密度和电子温度的轴向分布。搭建等离子体产生及诊断实验平台,根据均匀射频放电的等效回路计算得到电子密度ne与电子温度Te,将所得数据与流体模型仿真模拟相比较,得到了一致的结果。研究表明:当气体压强为100~250Pa时,极板间电子密度沿轴向先增大后减小,平均电子密度随驱动电压与输入功率的增加而增加;电子温度在极板中心处取得最小值,极板边缘存在两个峰值,平均电子温度仅是气压与腔体尺寸的函数,随驱动电压和功率的变化不明显,仅随气压的增大而减小。随着输入功率的增加,电子密度由逐渐上升转变为迅速上升,且在不同气压下这种电子密度的跃变出现在不同的电压幅值处,这标志着容性耦合放电中的α-γ模式转变。所得结论扩大了模拟仿真与实验快速无干扰诊断的应用范围,为进一步研究低温等离子体放电性质提供了技术支持。

容性耦合等离子体的均匀性研究

使用朗缪尔双探针诊断方法,研究放电极板配置和放电参数对13.56 MHz容性耦合等离子体的电子温度、电子密度和电子能量密度分布的影响。其中极板配置包括圆孔极板、极板数量和极板间距,放电参数包括放电功率和放电气压。实验结果表明:极板配置和放电参数不仅影响等离子体的电子温度、电子密度和电子能量密度,而且影响等离子分布的均匀性;两对放电极板和接地圆孔极板均提高了等离子体的均匀性,但降低了等离子体的电子密度和电子能量密度,其中两对放电极板可将电子密度的均匀性由77.9%提高至93.5%,而圆孔极板则可将电子密度的均匀性由77.9%提高至96.4%;高功率可获得高电子密度、高电子能量密度但低均匀性的等离子体。

基于均匀离子密度的容性耦合射频放电等离子体的实验诊断研究

容性耦合射频(CCRF)放电可用于制备大体积、均匀、低温非热平衡等离子体,已得到了国内外的广泛关注。针对CCRF放电过程中等离子体参量的诊断问题,本文提供了一种基于均匀离子密度的描述CCRF放电的等效回路模型(ECM),并根据等效阻抗原理引入能量平衡方程,对等离子体特征参量电子密度n_e和电子温度T_e进行了诊断,诊断结果与等离子体发射光谱诊断结果相一致。实验结果表明:在一般的CCRF放电过程中,放电电流与放电电压波形呈正弦曲线,高次谐波成分较少且总的谐波强度小于基波信号的11%,可以采用ECM描述等离子体放电状态。随着射频输入功率的增加,等离子体电子密度线性增加,但电子温度变化不明显,鞘层厚度逐渐减小,主等离子体区厚度增加;随着工作气体压强的升高,电子密度和电子温度均减小。对于较高的气压,放电在不同的输入功率下分为低功率下的α模式和高功率下的γ模式,这主要是极板表面的俄歇发射过程引起的。

容性耦合射频氩等离子体放电诊断研究及仿真模拟

针对中等气压、中等功率下射频容性耦合(CCRF)等离子体的放电特性,采用基于流体模型的COMSOL软件仿真,建立一维等离子体放电模型,以Ar为工作气体,研究同一气压时不同射频输入功率下等离子体电子温度和电子密度的分布规律。同时依据仿真模型设计制作相同尺寸的密闭玻璃腔体和平板电极,实验测量了不同射频输入功率时放电等离子体的有效电流电压及发射光谱,进而计算等离子体的电子温度及电子密度;利用玻耳兹曼双线测温法,得到光谱法下等离子体的电子温度及电子密度。结果表明:当气体压强为250Pa、输入功率为100～450W时,等离子体电压电流呈线性关系,电子密度随功率的增大而增大,而电子温度并未随功率的变化而有明显变化,其与功率无关。运用仿真模拟验证了实验的准确性,通过比较,三种方法所得的结果相近。通过结合等效回路法、光谱法和数值模拟仿真法初步诊断出中等气压下等离子体的放电参数,提出了结合三种方法作为实验研究的方法,使实验结果更具说服力,证明其方法的可靠性,也为进一步的等离子体特性研究提供依据。

基于空心电极增强的容性耦合射频等离子体特性

为了提高容性耦合射频放电所产生的等离子体密度,在射频放电中利用空心电极结构替代平板电极,实验研究射频空心电极放电的等离子体特性。利用Langmuir探针诊断了电极间距、孔径和孔深对等离子体电子数密度的影响,并且对不同放电参数下空心电极上的自偏压进行了比较。实验结果表明:当空心电极孔径d=20 mm、电极间距L=3 cm、孔深h=3 mm、气压p为50~300 Pa时,在孔外获得的等离子体电子数密度最高,约为10^17~10^18m^-3。同时实验测得不同放电参数下射频空心电极上的自偏压也完全与鞘电压分布的"面积比"规律相符,即小电极处的鞘电压更高。射频振荡加热和空心阴极效应相互耦合能够产生稳定性好、电离率高、密度高的等离子体,电极几何参数和自偏压对获得高密度等离子体有着重要的影响。