感应耦合等离子体离子源放电特性仿真研究

针对于一款放电腔直径为60 mm的射频感应耦合等离子体离子源,采用数值模拟的方法研究了射频天线和放电腔结构对氩离子密度分布的影响。结果表明,相比于均匀绕制线圈,非等匝间距的射频天线可有效提高所产生等离子体中氩离子平均密度与其径向均匀性均;氩离子密度随着放电腔高度的增大先增大后减小,在高度为38 mm时达到最大值;使用阶梯式介质窗虽然可以提高氩离子的密度,但也增加了其被溅射的风险。将模拟计算结果应用于离子源实验装置的研制,实现了0.24 mA氩离子束稳定引出。

基于ICP的Ar等离子体干法刻蚀Ti/Ni/Ag薄膜

在电感耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺中,选择合适的刻蚀条件对Ti/Ni/Ag薄膜的刻蚀至关重要。使用氩气(Ar)作为刻蚀气体,研究了射频偏压功率、气体体积流量、腔体压强、刻蚀时间等多个参数对功率芯片背面Ti/Ni/Ag薄膜刻蚀深度的影响,并优化刻蚀工艺参数。实验结果表明,调节射频偏压功率和Ar体积流量可以显著影响刻蚀速率,进而对薄膜的微结构进行有效调控。通过优化工艺参数,在射频偏压功率300 W、Ar体积流量40 cm^(3)/min、腔体压强1.2 Pa、刻蚀时间50 min下,芯片Ti/Ni/Ag薄膜的刻蚀深度达到283.25μm,有效提升了刻蚀效率和刻蚀精度。

基于SF_(6)/Ar的电感耦合等离子体干法刻蚀β-Ga_(2)O_(3)薄膜

使用SF_(6)/Ar混合气体作为刻蚀气体,采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀方法,研究了不同激励功率和偏置功率对Ga_(2)O_(3)薄膜刻蚀速率的影响以及不同刻蚀时间对表面粗糙度的影响,并观察了光刻胶的损伤情况以调整刻蚀工艺参数。实验结果表明,适度地增大激励功率和偏置功率可以提高刻蚀速率;合适的刻蚀时间可以在得到低粗糙度表面的同时不会过度损伤光刻胶掩膜。通过优化工艺参数,在激励功率为600 W、偏置功率为150 W、刻蚀时间为17 min下,可得到30 nm/min的Ga_(2)O_(3)薄膜刻蚀速率,刻蚀表面的垂直度高、粗糙度低,同时光刻胶掩膜形貌完好。

感应耦合等离子体增强磁控溅射法制备MoO_(3)高透亲水光学薄膜

将磁控溅射和感应耦合相结合形成感应耦合等离子体增强磁控溅射技术(ICPMS),制备了MoO_(3)高透亲水光学薄膜。使用分光光度计、水接触角测试仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和X射线能谱仪,分别表征薄膜的光学性能、润湿性能、显微形貌、晶体结构和化学成分。通过正交实验法,以MoO_(3)薄膜的氧钼比、光学透过率、水接触角为指标,探究了感应耦合等离子体(ICP)氧氩比、ICP功率、靶位工作压强和ICP前处理时间工艺参数对MoO_(3)薄膜性能的影响。结果表明:氧氩比是影响性能的主要参数,其次是工作压强,影响最小参数是ICP功率。最优工艺参数是氧氩比400/300、靶位工作压强为0.15 Pa、功率为1500 W、前处理时间为18 min。研究为高透亲水光学薄膜应用,提供具体实验设计和工艺方法指导。

铂电极的电感耦合等离子体刻蚀工艺研究

铂(Pt)金属因其特有的优良性能被广泛用作电极材料,干法刻蚀是获得器件图形的关键工艺技术,另外为了避免使用有毒性的Cl_(2),本文采用Ar/BCl_(3)作为刻蚀工艺气体,光刻胶作为刻蚀掩膜,对Pt电极材料做了干法刻蚀工艺的研究,系统地分析了电感耦合等离子体源功率、射频偏压功率、气体流量比例、工艺气压以及基板温度对刻蚀速率和刻蚀形貌的影响。得到刻蚀速率为159.7 nm/min,侧壁角度为63°,片内刻蚀速率均匀性(152.4 mm、5个点、边缘去边5 mm)为±1.75%,关键尺寸损失量小于1%的刻蚀结果。

Cl_2/Ar/O_2环境下使用光刻胶掩膜的感应耦合等离子体(ICP)刻蚀GaAs的研究

自1970年,元件制造首先采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术后,至今30多年,它的发展与集成电路和光电子器件发展密不可分,很大程度上,干法刻蚀的水平决定了整个产业的水平和规模。在本文中,本课题组使用ICP刻蚀技术刻蚀GaAs材料,在Cl_2/Ar/O_2环境下,研究控制刻蚀气流组成成分,刻蚀气流总速率等不同的刻蚀条件对于GaAs材料刻蚀速率的影响。实验表明,当刻蚀气流的成分不变的情况下,GaAs的刻蚀速率随着总刻蚀气流速率的增加而增加。刻蚀孔径的大小和Cl_2的含量多少也会影响GaAs的刻蚀速率。当O_2的含量在5%左右或者大于5%的实验中,GaAs材料的刻蚀表面的粗糙度几乎没有被刻蚀所影响。同时,给出了实验现象的简要分析和解释。

感应耦合等离子体刻蚀在聚合物光波导制作中的应用

提出了利用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术提高聚合物光波导器件性能的方法,介绍了ICP刻蚀技术的原理和优点。选取聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯(P(MMA-GMA))作为波导材料,采用氧气作为刻蚀气体,研究了ICP参数变化对刻蚀效果的影响。介绍了倒脊形光波导的制备过程,采用改变单一工艺参数的方法,分析了刻蚀效果随时间、功率、压强、气体流量等参数的变化,对参数优化后刻蚀得到的凹槽和平板结构进行了表征。实验结果表明:在天线射频功率为300 W,偏置射频功率为30 W,气体压强为0.5 Pa,氧气流速为50 cm3/min的条件下,可获得侧壁陡直、底面平整的P(MMA-GMA)凹槽结构。

基于 CFDRC 的感应耦合等离子体离子数密度空间分布仿真

为研究感应耦合等离子体(ICP)沉积装置放电腔与线圈结构以及工艺参数对等离子体分布的影响,基于商业软件CFDRC中等离子体与电磁场模块建立了ICP沉积装置2维放电模型。在典型的ICP反应器中,等离子体反应主要由电子、重粒子间的碰撞来决定。利用不带电的流体模型求解分子、原子和基团等中性粒子的动量和质量守恒方程,而对离子带电粒子,考虑电场力的作用来求解动量方程;电子通量密度的计算是通过求解漂移扩散近似方程而获得的。通过此方法仿真研究了典型工艺条件下(气压0.25 Pa,功率90 W,体积流量120 L/s)等离子体离子数密度的空间分布,对比了不同功率(20、60、90、150 W)、不同抽气体积流量(60、100、140、160 L/s)条件下放电腔内ICP等离子体参数的变化规律。模拟结果表明:离子数密度随体积流量的增加而大幅度增加,随功率的增加而缓慢增加;空间离子数密度峰值出现在放电腔中心区域,随体积流量的增大而逐渐下移。

逆流色谱分离感应耦合等离子质谱在线测量超痕量钚

将逆流色谱(CCC)与感应耦合等离子质谱(ICP-MS)相联,研究了几种两相体系在CCC中的固定相保留率,从中选择1%TNOA-正庚烷作固定相,通过CCC富集分离钚并去除基体及干扰元素,通过研究在线分离条件及定量方法等,建成了CCC分离ICP-MS在线测量超痕量钚的方法。采用该方法分析得到实际土壤样品中239Pu的含量与由传统的分离方法给出的结果相吻合。

InSb阵列探测芯片的感应耦合等离子反应刻蚀研究

利用感应耦合等离子（ICP）反应刻蚀（RIE）进行了InSb阵列芯片台面刻蚀,并利用轮廓仪、SEM及XRD对台面形貌以及刻蚀损伤进行分析。采用优化的ICP刻蚀参数,实现的刻蚀速率为70-90 nm/min,刻蚀台阶垂直度-80°,刻蚀表面平整光滑、损伤低。与常规的湿法腐蚀相比,明显降低了侧向钻蚀。台面采用此反应刻蚀工艺,制备了具有理想I-V特性的320×256 InSb探测阵列芯片,在-500 mV到零偏压范围内,光敏元（面积23μm×23μm）的动态阻抗（Rd）大于100 MΩ。

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定牙膏和化妆品中的锶和其它8种元素

目的:采用合适的样品前处理方法和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定牙膏和化妆品中的锶和其它元素铅、镉、砷、铬、银、钡、镍和硒.方法:选择微波消解法、酸湿式消解法、干式消解法和直接硝酸超声浸提法对样品进行前处理,对比这几种方法的结果.优化仪器测定参数以适应此类样品测定.测定方法的线性范围、相关系数、检出限、精密度、加标回收率、标准物质测定等,探讨相关结果的影响因素.结果:本法采用线性范围锶为0～50μg/ml,其它元素为0～500 ng/ml,相关系数大于0.9990,方法检出限锶44ng/g、铅9 ng/g、镉19 ng/g、砷150 ng/g、铬35 ng/g、银7.5 ng/g、钡12.5 ng/g、镍18 ng/g、硒340 ng/g,样品测定11次所有元素相对标准偏差小于4.5%,加标回收率在82%～115%之间,标准物质的元素测定值在标准值范围之内.结论:用ICP-MS同时测定牙膏和化妆品中的9种元素,具有良好的准确度和精密度,灵敏度高,检出限低,线性范围宽,元素之间的干扰少,能适应不同样品基体,样品前处理采用微波消解法,是高效可行的方法.

基于FLUENT的二维感应耦合等离子体炬数值模拟

将等离子体作为磁流体,考虑其流体属性和电磁属性,介绍了利用FLUENT软件包并将其进行二次开发,解算电磁场方程、质量连续性方程、动量守恒方程、以及能量守恒方程的数值模拟方法,得到了以磁矢势为表达形式的电磁场分布、温度分布和速度分布。数值模拟了粉末球化所用的感应耦合等离子体炬电磁场分布、温度分布、速度分布。分析了温度分布、速度分布产生的物理原因,为感应耦合等离子体炬球化粉末颗粒提供理论性指导。

感应耦合氩气热等离子体速度分布的数值分析

对感应耦合氩气热等离子体的速度分布特性以及各操作参数对等离子体速度分布的影响进行了细致的研究。研究结果表明,与直流电弧热等离子体相比,感应耦合热等离子体速度小,弧流集中,速度峰值出现在等离子体炬下游,在线圈段上游出现明显的回流现象。此外,送气流量、感应电流等操作参数对等离子体速度分布有明显影响。研究结果可为等离子体球化粉末颗粒及其他应用提供理论指导。

感应耦合热等离子体制备球形WC金属陶瓷粉末

为了提高粉末的流动性,探索球形粉末的制备工艺,以感应耦合热等离子体作为高温热源,对不规则形状的微米级碳化钨（WC）粉体进行了球化处理实验,并研究了送粉量对粉末流动性、振实密度及粒径分布的影响,采用扫描电子显微镜（SEM）、霍尔流速计、能谱分析仪（EDS）和激光粒度分析仪分别对球化前后粉末的微观形貌、流动性、元素质量分数及粒度分布进行了表征和分析。研究结果表明：WC粉末经过感应耦合热等离子体球化处理后,可以得到表面光滑、分散性较好、流动性能佳和振实密度高的球形粉末;球化后粉末的氧和钨元素质量分数增加,而碳元素质量分数降低;经球化处理后,球形WC粉末粒径稍微变大;随着球化率的降低,球形粉末的流动性和振实密度均呈现减弱的趋势,而粉末的粒径分布范围变宽。

感应耦合等离子体刻蚀机二维放电模拟

为研究感应耦合等离子体(ICP)刻蚀机腔室与线圈结构以及工艺参数对等离子体分布均匀性的影响,基于商业软件CFD-ACE+中等离子体与电磁场等模块建立了ICP刻蚀机二维放电模型.仿真研究了典型工艺条件(1.33Pa,200W,200sccm)下氩等离子体电子温度与电子数密度的空间分布,对比了不同气压与功率条件下等离子体参数在硅片表面的一维分布.结果表明,电子数密度随气压与功率的增加而升高;电子温度随气压的增加而降低,随功率增加在较小范围内先降低再升高.通过分析屏蔽板对等离子体参数的影响,发现其有助于提高等离子体密度.进而发现屏蔽板的孔隙率越大,电子温度越高,电子数密度则越低.

感应耦合等离子体的1维流体力学模拟

采用双极扩散近似的流体力学模型,通过数值模拟方法研究了射频感应耦合等离子体(ICP)中等离子体密度和电子温度等物理量的空间分布,其中射频源的功率沉积由动力学理论给出。分析了不同的射频线圈的驱动电流和放电气压对等离子体密度和电子温度空间分布的影响。在低气压下,等离子体密度基本上保持空间均匀分布。随着放电压强的增加,等离子体密度的分布呈现出明显的空间不均匀性。当线圈电流增大时,等离子体密度和电子温度都随着增大。

基于CF_4/Ar高密度感应耦合等离子体的BZN薄膜的刻蚀工艺研究

使用CF4/Ar高密度感应耦合等离子体(ICP)对磁控溅射法制得的铌酸锌铋(BZN)薄膜进行了干法刻蚀工艺研究。分析了BZN薄膜的刻蚀速率随工艺气体流量比、总流量和工作压强的改变而出现极大值的原因,展示了BZN薄膜的刻蚀速率随ICP功率的增大而线性增加的趋势。研究结果表明,使用CF4/Ar感应耦合等离子体对BZN薄膜进行刻蚀的机理为物理辅助的化学反应刻蚀。BZN薄膜的最佳刻蚀工艺参数为CF4/Ar流量比3/2、总流量25sccm、工作压强1.33Pa、ICP功率800W,使用此参数对BZN薄膜进行刻蚀,最大刻蚀速率为26nm/min,刻蚀后薄膜边缘齐整、表面光滑、形状完整。

感应耦合等离子体制备球形铬粉末的工艺研究

采用感应耦合热等离子体作为高温热源,对形状不规则的铬粉末进行了球化处理,研究了送粉速率对球形粉末的流动性、球化率的影响,并采用金相显微镜和霍尔流速计对球形粉末的表观形貌和流动性进行了测定。研究结果表明:形状不规则的粉末经过等离子体处理后,绝大部分以上的粉末均变为球形或类球形。对于粒径在200~300目之间的铬粉,随着送粉速率的增加,球化后的粉末流动性逐渐增强,球化率增加;当送粉速率为35g.min^(-1)时,其流动性和球化率分别约为56.18s/50g和85.6%,两者均达到了最佳效果。

感应耦合等离子体干法刻蚀中光刻胶掩模的异常性

利用光刻胶作刻蚀掩模对半导体样品进行感应耦合等离子体干法刻蚀时发现光刻胶掩模在刻蚀后表面出现凸起和孔洞等异常现象,等离子体会透过部分孔洞对样品表面产生刻蚀损伤。利用探针式表面轮廓仪和激光共聚焦显微镜对这些异常现象进行了分析,认为是刻蚀时等离子体气氛中的紫外线对作为掩模的光刻胶进行了曝光作用而释放出一定量的氮气,从而在光刻胶内外形成了压强差而使光刻胶局部表面产生微凸起;当光刻胶的强度无法阻止内部氮气的膨胀时,则会发生类似爆炸的效果,在光刻胶表面形成孔洞状缺陷,导致掩模保护作用的失效。

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.