应用于电推进的碘工质电子回旋共振等离子体源

电子回旋共振(electron cyclotron resonance,ECR)源具有无需内电极、低气压电离、等离子体密度较高和结构紧凑等优点,适用于小功率电推进.因此,研究小功率碘工质ECR等离子体源具有重要意义.本文首先设计了一套耐腐蚀且可以均衡稳定输出碘蒸汽的储供系统;然后完成了耐碘腐蚀ECR推力器设计,利用耐腐蚀的同轴谐振腔结构将微波馈送到推力器,并将通道磁场变为会切型磁场以产生更多ECR层;最终联合点火实验成功,成为国际上首个可以用于电推进的ECR电离碘工质等离子体源.分析实验和静磁场、微波电场分布发现,小功率、低流量下的不稳定等离子体羽流闪烁由寻常波电子等离子体共振加热和非寻常波ECR加热模式之间的转化引起.高流量下电离率下降是由电子损失、壁面损失和碘工质电负性导致.并依据此原理提出了改进方案.放电后等离子体源没有明显损伤,说明具备长寿命潜力.此项工作初步证实了小功率碘工质ECR电推进方案可行.

电子回旋共振等离子体源的朗谬尔探针诊断

电子回旋共振 (ECR)等离子体以其密度高、工作气压低、均匀性好、参数易于控制等优点在超大规模集成电路工艺中获得了广泛的应用。利用朗谬尔探针对ECR等离子体进行了初步的诊断研究 ,测量了等离子体的单探针伏安特性并计算出电子温度 ,电子密度和等离子体电势等参量。实验证明 ,ECR等离子体源能够稳定地产生电子温度较低的高密度等离子体。

Langmuir单探针诊断电子回旋共振等离子体参数分布特性

本文采用Langmuir单静电探针法,分析诊断了电子回旋共振等离子体的参数分布特性,并分析了微波功率、气压对轴向、径向等离子体空间分布的影响。在微波功率400W^650W范围内等离子体具有较高的密度及良好的径向均匀性。

电子回旋共振等离子体用于聚四氟乙烯材料表面改性

在电子回旋共振 (ECR)等离子体装置中 ,使用Ar气 ,N2 气 ,H2 气和普通空气放电 ,对聚四氟乙烯 (PTFE)材料进行表面处理以提高其表面粘结性能。详细研究了在不同的放电气压 ,微波功率 ,处理时间 ,气体种类的情况下 ,样品表面的接触角的变化。同时也讨论了样品导电性能和外观等的变化。使用红外吸收谱对样品结构处理前后的变化进行了测量 ,对等离子体处理的机理进行了初步的讨论。使用Langmuir探针测量了Ar气和N2 气等离子体中的离子密度 ,用能量分析器测量了离子的能量。发现在对样品的处理中 ,ECR等离子体的离子密度是影响表面性能的主要因素 。

微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积法制备多晶硅薄膜

利用微波电子回旋共振等离子体增强型化学气相沉积(ECR-PECVD)采用一步法直接在K9玻璃上低温沉积制备了多晶硅薄膜。研究了不同实验参数对薄膜沉积的影响,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)等实验分析方法对不同条件下制备的样品进行了晶体结构和表面形貌分析,并讨论了多晶硅薄膜沉积的最佳条件。实验结果表明,玻璃衬底上多晶硅薄膜呈柱状生长,并有一定厚度的非晶孵化层;较高氢气比例和衬底温度有利于结晶,薄膜的结晶率达到了62%;晶粒团簇的最大尺寸约为500nm。

DMCPS电子回旋共振等离子体沉积的SiCOH低介电常数薄膜结构及物性研究

本文采用电子回旋共振(ECR)等离子体技术和十甲基环五硅氧烷(DMCPS)源开展了SiCOH薄膜的研究工作,获得了介电常数为2.88的SiCOH低介电常数薄膜.薄膜经400℃热处理后,膜厚减小,最大相对变化率小于15%,呈现较好的热稳定性.薄膜在1MV/cm场强下的漏电流为8.9×10-6A/cm2,且场强达到2.5 MV/cm时,未发生击穿现象,具有较优越的绝缘性能.因此,采用ECR-CVD技术和DMCPS源可以制备热稳定性优良的、绝缘性能优越的低介电常数SiCOH薄膜.

使用电子回旋波共振等离子体源辅助中频磁控溅射沉积氧化铌薄膜

中频磁控溅射虽相较于电子束蒸发成膜质量更好,但不可避免仍然存在一部分颗粒物,将严重影响光学薄膜的质量和光学特性。研究了使用电子回旋波共振(ECWR)等离子体源作为辅助设备与中频磁控溅射相配合沉积的氧化铌薄膜,进行了等离子体诊断和薄膜表征。结果表明:在相同条件下,ECWR等离子体放电的氧化效果明显优于传统的感应耦合等离子体放电。ECWR等离子体源能够在较低压强的纯氧环境下稳定产生高密度等离子体,无须通过氩气作“引子”来激发维持氧气的稳定放电,展示了电子回旋波共振放电结构的优越性。沉积得到的非晶氧化铌薄膜光滑均匀且透射率达91%,能有效消除中频磁控溅射产生的颗粒物问题。通过透射率波峰位置对比发现纯氧ECWR放电样片出现红移,原因是其放电得到的薄膜均匀而致密,使光学禁带宽度向低能方向漂移出现带隙窄化。研究结果还揭示了离子源高密度、低能量特性与薄膜表面和光学特性之间的关系,为精密光学薄膜应用提供了新的解决方案。

电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积a-CF_x薄膜的化学键结构

使用CHF3 和C6H6混合气体做气源 ,在一个电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积装置中制备了氟化非晶碳 (a CFx)薄膜 .利用发射光谱研究了等离子体中形成的各种碳 氟、碳 氢基团随放电宏观参量的变化规律 ,对薄膜做了傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱分析 ,证实等离子体中的CF2 ,CF和CH基团是控制薄膜生长、碳

电子回旋共振等离子体增强沉积氟化非晶碳薄膜的光学性质

用紫外 可见光透射光谱 (UV VIS)并结合键结构的X射线光电子能谱 (XPS)和红外谱 (FTIR)分析 ,研究了电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积法制备的氟化非晶碳薄膜的光吸收和光学带隙性质 .在微波功率为 14 0—70 0W、源气体CHF3∶C6 H6 比例为 1∶1— 10∶1条件下沉积的薄膜 ,光学带隙在 1.76— 2 .85eV之间 .薄膜中氟的引入对吸收边和光学带隙产生较大的影响 ,吸收边随氟含量的提高而增大 ,光学带隙则主要取决于CF键的含量 。

电子回旋共振（ECR）等离子体技术在材料科学中的应用

电子回旋共振（ＥＣＲ）微波放电等离子体是当今大规模和超大规模集成电路制作中的高新技术．它具有大面积均匀，高密度，低电位的等离子体，是沉积各种薄膜和刻蚀的重要工具．本文简要评述了ＥＣＲ等离子体在材料科学中进行沉积镀膜和刻蚀的情况，简介了ＥＣＲ等离子体发生器的装置工作原理．

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 。

电子回旋共振放电的理论计算机模拟进展

电子回旋共振(ECR)等离子体因具有低气压、高密度、高电离度等优点而被广泛地应用于微电子工业中。ECR放电及其生成等离子体的理论、计算机模拟的研究主要集中于3种模型:粒子模型、流体模型、混合模型。该文对上述3种模型进行了综述、总结和对比,并对今后的研究前景进行了展望．特别指出模拟ECR放电电离过程的研究意义以及粒子模型中的粒子模拟与蒙特卡罗相结合(PIC/MCC)方法在模拟ECR放电及ECR等离子体方面的技术优势．

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。

在电子回旋工振氢等离子体中负离子的体积产生

研究了用于负离子源的电子回旋共振（ECR）等离子体的产生和控制。为能够得到大直径高密度均匀微波等离子体，提出了一种利用永久磁铁 的新产生方法。利用环形槽缝天线将微波功率发射进具有环状会切或线会切永久磁铁的室内的四周。在那里可将磁场加于局部区域，并且如果满足ECR条件可有效地产生等离子体。在本文中，我们报导了ECR负离子源的结构、ECR等离子体的特性以及从负离子源的观点出发ECR等离子体与DC放电等离子体的比较。

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。

等离子体辅助原子层沉积氧化铝薄膜的研究

为在室温条件下进行氧化铝薄膜的原子层沉积,自行设计了一套微波回旋共振等离子体辅助原子层沉积装置,以三甲基铝作为铝源前躯体,氧气作为氧化剂,在室温下于氢氟酸溶液中处理过的单晶硅基片上进行了氧化铝薄膜的沉积。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、高分辨率透射电子显微镜、X-ray射线衍射、X-ray射线光电子能谱等分析手段测试了薄膜的表面形貌和成分,结果表明制备的氧化铝薄膜为非晶态结构,铝、氧元素含量配比接近2/3,同时薄膜表面非常光滑平整而且致密,表面粗糙度<0.4nm。通过高分辨率透射电子显微镜的截面图,可以估算出薄膜厚度约为80nm,界面非常清晰、平整,薄膜质量较高,沉积速率为0.27nm/周期,沉积速率较热沉积大大提高。

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。

ECR等离子体刻蚀增强机械抛光CVD金刚石

采用电子回旋共振(ECR)等离子体刻蚀与机械抛光相结合的方法抛光化学气相沉积(CVD)金刚石,运用扫描电镜、Raman光谱观察、分析了刻蚀与抛光后金刚石的表面形貌和质量变化,并与单纯的机械抛光相比较,研究了等离子体刻蚀对后续机械抛光的影响,结果发现:金刚石经ECR等离子体刻蚀后非晶碳含量有一定程度降低,刻蚀过程在金刚石晶面形成的疏松表面有利于机械抛光,金刚石表面平均粗糙度更加快速降低。对比实验表明等离子体刻蚀对机械抛光前期的抛光效率的增强效果更为明显,在ECR等离子体刻蚀后的金刚石样品经10min机械抛光后粗糙度从7.284下降到1.054μm,而直接机械抛光30min时金刚石的表面粗糙度为1.133μm,在机械抛光的初始阶段,等离子体刻蚀后的机械抛光效率是单纯机械抛光效率的3倍。最终,经过三次重复刻蚀后机械抛光,金刚石表面粗糙度降为0.045μm。

N型4H-SiC ECR氢等离子体处理研究

采用电子回旋共振(ECR)氢等离子体对n型4H-SiC(0001)表面进行处理,并利用原位高能电子衍射(RHEED)对处理过程进行实时监控。在200°C～700°C温度范围内获得的RHEED图像成条纹状且对比清晰,表明SiC表面原子排列规则,单晶取向性好,计算表明表面未发生重构。用X射线光电子能谱(XPS)技术对表面成分进行分析,结果显示,表面C/C-H污染物被去除、氧含量降低。