微波电子回旋共振等离子体阴极电子束的实验研究

介绍了实验室研制的微波电子回旋共振(ECR)等离子体阴极电子束系统及初步研究结果,该系统包括微波ECR等离子体源、电子束引出极、聚焦线圈等。通过测量水冷靶电流和靶上的束斑尺寸,实验研究了微波ECR等离子体阴极电子束的流强、聚束性能等随电子束系统工作条件的变化。结果表明:微波输入功率越高、引出电压越高,引出电子束流强越大;工作气压对电子束流强的影响较复杂,随气压增加呈现出先降低后升高的特点;在7×10-4Pa的极低气压下电子束流强可达75m A,引出电压9kV;能量利用率可达0.6;调整聚焦线圈的驱动电流,电子束的束斑直径从20mm减小到13mm,电子束流强未有明显变化。

电子回旋共振微波等离子体刻蚀α：CH薄膜的工艺

为了刻蚀出图形完整、侧壁陡直、失真度小的α:CH薄膜微器件,研究了有铝和无铝掩膜、气体流量比、工作气压对刻蚀速率的影响,并对纯氧等离子体刻蚀稳定性进行了研究。研究结果表明:在相同条件下,刻蚀速率随刻蚀时间变化不大;α:CH薄膜上有铝和无铝掩膜时,刻蚀速率相同;流量一定时,刻蚀速率随氩气和氧气体积比的增大而降低,当用纯氩气时,几乎没刻蚀作用;刻蚀速率随工作气压的增大而降低。实验中,得到最佳刻蚀条件是:纯氧气,流量4 mL.s-1,工作气压9.9×10-2Pa,微波源电流80 mA,偏压-90 V。

电子回旋共振—微波等离子体化学气相沉积法制备a-C:H(N)薄膜

采用电子回旋共振 -微波等离子体化学气相沉积技术 ,使用 CH4 和 N2 混合气作为反应气体 ,在硅衬底上制备掺氮含氢非晶碳 (a- C∶ H(N) )薄膜。紫外 Ram an光谱证实了薄膜的类金刚石特性 ;傅立叶变换红外光谱表明薄膜中存在 CH和 CN键结构。采用原子力显微镜 (AFM)观察薄膜的微观表面形貌 ,结果表明薄膜表面光滑。论文详细叙述了薄膜制备工艺 ,对测试结果进行了分析讨论 。

微波电子回旋共振法沉积的非晶碳化硅薄膜结构和性能研究

非晶碳化硅薄膜的结构可调制性及化学稳定性使它可用作超低k多孔介电薄膜的扩散阻挡层。主要改变了SiH4(80%Ar稀释)和CH4气体流量比R{R=[CH4]/([CH4]+[SiH4])},使用微波电子回旋共振化学气相沉积法制备了非化学计量比的非晶碳化硅薄膜(a-Si1-xCx∶H)。薄膜沉积过程中放电等离子体的各基团行为由等离子体的发射光谱监测,而薄膜的结构与性能则由傅立叶变换红外光谱、紫外可见光谱等来表征。结果表明,在等离子体发射光谱中H、CH谱线强度随CH4流量的增加而增强,而SiH谱线强度则呈现相反的变化趋势。红外结构表明随着气体流量比R的增加,薄膜由富硅态向富碳态转变,薄膜结构的转变是薄膜光学带隙及其介电常数变化的根本原因。

电子回旋共振等离子体辅助原子层沉积金属铝薄膜的研究

介绍了以三甲基铝为前驱体、氢气为还原剂,在微波电子回旋共振等离子体装置中进行了等离子体辅助原子层沉积金属铝薄膜的研究。确定了影响薄膜结构、表面形貌、和性能的因素。其中薄膜的晶体结构采用X射线衍射表征、原子力显微镜表征薄膜的表面形貌、傅里叶红外变换仪研究薄膜的成分组成,而薄膜性能表面电阻用四探针电阻仪进行测量。实验得到电子回旋共振等离子体可以有效辅助原子层沉积技术制备金属铝薄膜,微波功率对铝薄膜性能有一定的影响;薄膜的后退火处理对其性能影响较大,在氢气氛围中退火处理后铝薄膜的表面电阻有显著的降低,接近其体电阻值。

微波ECR等离子体刻蚀系统

研制成功了一台微波电子回旋共振等离子体刻蚀系统。该系统采用微波通过同轴开口电介质空腔产生表面波 ,由Nd Fe B永磁磁钢形成高强磁场 ,通过共振磁场区域内的电子回旋共振效应产生大面积、均匀、高密度等离子体。利用该系统实现了SiO2 、SiN、SiC、Si等材料的微细图形刻蚀 ,刻蚀速度分别为 2 0 0nm/min ,5 0 0nm/min ,4 0 0nm/min ,70 0nm/min ,加工硅圆片Φ2 0 0mm ,线条宽度 <0 3μm ,选择性 (SiO2 、Si) >2 0 ,剖面控制 >83° ,均匀性 95 % ,等离子体密度 2 0× 10 11cm-3 。电离度大(>10 % ) ,工作气压低 (1Pa～ 10 -3 Pa) ,均匀性好 ,工艺设备简单 ,参数易于控制等优点。

新型微波ECR-PECVD装置的研制

介绍一台新型的ECR PECVD装置。这一装置设计和采用了一种由单个电磁线圈和永磁体单元组合的新型磁场 ,使整个装置结构明显简化。为提高装置的微波转换效率 ,通过计算机仿真微波场在等离子体室的分布 ,选择和采用了一种新型的矩形耦合波导。应用这一装置分解H2 稀释的SiH4气体以沉积a Si:H薄膜 ,获得了

微波等离子体化学气相沉积法生长非晶碳化硅薄膜

利用SiH4(80%Ar稀释)和CH4作为源气体,通过改变源气体流量比、基片温度、沉积气压等参量,使用微波电子回旋共振化学气相沉积法生长非晶碳化硅薄膜。实验结果表明碳化硅薄膜沉积速率随气体流量比R(CH4/(CH4+SiH4))的增加而减小、随基片温度的升高明显减小、随沉积气压的增加先增大后减小。红外结构表明:在较低流量比R下,薄膜主要由硅团簇和非晶碳化硅两相组成,而当R>0.5时,薄膜的结构主要由非晶碳化硅组成,薄膜中键合的H主要是Si和C的封端原子。同时,沉积温度的升高使碳化硅薄膜中Si-H,C-C和C-H键的含量减少,而薄膜中Si-C含量明显增加且峰位发生了红移。薄膜相结构的转变是薄膜光学带隙变化的原因。

ECR-MPCVD单晶金刚石外延生长研究

借助高速光纤光谱仪对ECR微波等离子体进行实时诊断,研究了等离子体空间分布以及工作气压和甲烷浓度对等离子体发射光谱的影响,并在ECR-MPCVD设备上研究了单晶金刚石同质外延生长工艺。在CH4/H2体系下,ECR微波等离子体与运行于中高气压下等离子体中所含基团种类基本相同。且等离子体各基团谱峰相对强度沿磁场强度梯度下降的方向减弱,在磁场共振区(875 Gs)最强,将基片台置于磁场共振区,则基片台附近各基团谱峰相对强度随气压的升高先增强后减弱,I(H_(α))、I(H_(β))、I(H_(γ))峰值在气压0.6 Pa附近,I(CH)和I(C_(2))峰值在0.8 Pa附近。保持工作气压为0.8 Pa,甲烷浓度从0.5%增加到8%的过程中,I(H_(α))几乎不变,I(H_(β))和I(H_(γ))先降低后趋于饱和,I(CH)和I(C_(2))先增强后趋于饱和;I(H_(α))/I(C_(2))先急剧下降后缓慢减小再趋于饱和,I(H_(α))/I(CH)缓慢减小并趋于饱和,I(CH)/I(C_(2))和I(H_(γ))/I(H_(β))基本不变。以微波功率1200 W,氢气流量50 mL/min,甲烷浓度3%,工作气压0.8 Pa,金刚石种晶温度800℃的条件下生长10 h,在抛光的单晶金刚石表面得到了呈台阶状生长的外延层,生长速率为200 nm/h。

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=0 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.

不同种类等离子处理对超高分子量聚乙烯表面能的影响

以表面能为评价指标,研究不同种类等离子(氢、氧、氩)处理对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的活化作用。研究结果表明,UHMWPE经氧等离子处理后表面能增幅最大,经氩离子处理表面能增幅次之,而经氢离子处理表面能不仅没有增加,反而还有所下降。光电子能谱(XPS)和红外光谱(FT-IR)分析表明,氧和氩等离子处理后UHMWPE表面有含氧极性基团的引入;而氢等离子处理后表面不仅没有含氧基团的引入,反而有憎水基团(反式乙烯基)的生成。正是这些极性或憎水基团的引入导致UHMWPE表面能发生变化。

MWECR-CVD法高速沉积氢化非晶硅薄膜

介绍了一种新型的 MWECR-CVD 装置．该装置设计采用了一种由单个电磁线圈和永磁体单元组合的新型磁场,设计了一种新型的矩形耦合波导．应用这一装置使 a-Si∶H 薄膜的沉积速率达到了 2nm／s 以上．为了降低薄膜的光致衰退效应,提出了热丝辅助的 MWECR-CVD,这一改进可以大大降低薄膜的氢含量,改善薄膜的光照稳定性．

用于空间摩擦学试验的原子氧束流源的研制

为了研究空间原子氧(AO)环境和摩擦材料的相互作用机理,以MSTS-1型真空摩擦磨损试验机为平台,研制了可用于模拟空间AO环境下摩擦学试验的AO束流源。该AO源的束流直径超过50mm,通量密度为2.6×1015atoms cm 2 s 1,AO平均能量5～10eV。常用空间材料Kapton薄膜的AO暴露试验结果也与国外空间飞行试验结果相似。该AO源工作状态稳定、束流纯净、运行气压低、小巧轻便,满足了空间摩擦学试验的特殊要求,并可广泛用于空间AO环境和摩擦材料的相互作用效应模拟研究。

类金刚石薄膜的反应离子刻蚀

为了刻蚀出图形完整、侧壁陡直、失真度小、独立的类金刚石薄膜微器件,反应离子刻蚀是一种有效地刻蚀方法。研究了氧气与氩气的混合气体进行类金刚石薄膜刻蚀的主要工艺参数(刻蚀时间、有无掩膜、氩氧体积混合比、负偏压)。研究结果表明:在相同条件下,刻蚀速率随刻蚀时间变化不大;有无掩膜对刻蚀速率无明显影响;流量一定时,刻蚀速率随氩氧体积比的增大而降低,随负偏压的增大先增大后减小。实验得到最佳刻蚀条件,在此条件下,刻蚀出图形完整、侧壁陡直、失真度小的微器件,并成功制备出"独立"的微齿轮,进行了组装。

SiC MOS器件关键技术研究

SiC欧姆接触技术和MOS界面钝化技术是制作SiC MOS器件的关键技术。针对低电阻高稳定的SiC欧姆接触难于形成的问题,采用电子回旋共振(ECR)微波氢等离子体对SiC表面进行预处理,研究了低温退火条件下Ti/4H-SiC欧姆接触特性。I-V电学测试结果表明,经氢等离子体处理(HPT)后的样品无需退火即可形成欧姆接触,利用圆形传输线模型测得比接触电阻率为2.25×10^(-3)Ω·cm^2,随着退火温度的升高,其欧姆特性逐渐增强,400℃退火后获得最小的比接触电阻率2.07×10^(-4)Ω·cm^2。针对SiC MOS界面态密度过高的问题,采用ECR微波氮氢混合等离子体对SiC MOS界面进行退火处理,I-V和C-V电学测试结果显示,氮氢混合等离子体处理可在不破坏氧化膜质量的前提下,使费米能级附近的界面态密度降至1.14×10^(12) cm^(-2)·eV^(-1)。

用ECR-CVD方法制备定向碳纳米管

以Fe3O4纳米粒子为催化剂,CH4和:H2为气源,采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积技术(ECR-CVD)在多孔硅基底上制备出定向生长的碳纳米管.研究了气氛组成、气压、温度和反应时间对碳纳米管生长特性的影响.使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱(Raman spectrum)表征了样品的形貌和结构.结果表明:气氛组成和气压影响了反应腔内离解碳的浓度,从而影响碳纳米管的成核、生长速度及定向生长;温度的变化改变催化剂的尺寸从而改变碳纳米管的直径,在过低的温度下碳纳米管不能实现定向生长;碳纳米管随着反应时间的延长而不断增长,但超过一定时间后催化剂颗粒被碳包覆而失去催化作用,生长停止.

PCVD技术在原子氧效应防护技术中的应用

概述了微波 ECR(Electroll Cyclotron Resonance)等离子化学气相淀积新技术(PCVD)在原子氧效应防护技术中的应用。文章对其原理、设备结构及工艺做了简要的介绍,并用数据说明该技术制备的空间防护膜,不仅有很好的抗原子氧剥蚀的性能,而且能避免电荷积累,防止航天器表面放电的发生,是多用途的空间功能性防护膜。

氢化非晶硅薄膜的红外光谱分析和桥键氢扩散假设(英文)

通过红外透射光谱研究了在光诱导退火中退火条件对氢化非晶硅薄膜的结构和光电特性的影响,实验所用样品采用热丝辅助微波电子回旋共振化学气相沉积方法制备。我们用桥键氢扩散模型来解释退火中的不同现象。样品的红外光谱在630和2000cm-1处的吸收系数有所增加,说明了原先的成键氢发生了移动和溢出,我们认为通过光诱导产生载流子的非辐射复合以及桥键氢和深俘获氢原子的交换,产生了大量的桥键氢原子,它们相互结合形成分子氢,氢溢出要优于氢团聚。

等离子体辅助脉冲激光沉积和原位掺杂方法制备稀土掺杂GaN薄膜

利用基于双激光束双靶共烧蚀的等离子体辅助脉冲激光沉积的化合物薄膜沉积和原位掺杂方法，制备了稀土Er掺杂和Pr掺杂的GaN薄膜。基质膜层中的Ga和N化合成键形成GaN，其组织结构为六角GaN相，膜层具有良好的可见光至近红外的透光性能。改变两激光束的重复频率比可以获得0．2％～5％不等的Er或Pr的掺杂浓度，CaN基质的化学成键、组织结构和透光性能没有因稀土的掺入而发生明显的变化。

原子层沉积铝薄膜的研究

为了对原子层沉积金属薄膜进行研究,以三甲基铝为前驱体、氢气为还原剂,在微波电子回旋共振等离子体辅助原子层沉积装置中进行了铝薄膜的沉积。通过实验确定了三甲基铝和和H2进行饱和反应的参数。采用X射线衍射仪、原子力显微镜及四探针电阻仪对薄膜的结构和性能进行了测试。结果表明:用等离子体辅助原子层沉积技术可以成功制备金属铝薄膜,沉积速率和表面形貌受基底温度的影响,薄膜在H2氛围下退火处理后晶体结构可以得到有效改善,铝薄膜的表面电阻也有明显降低。