射頻感應(yīng)耦合等離子體源的動力學(xué)模擬及實驗診斷.pdf

1、本文主要目標(biāo)是建立自洽的低氣壓射頻感應(yīng)耦合等離子體源中的動力學(xué)物理模型，研究低氣壓條件下射頻感應(yīng)耦合等離子體中的電子加熱機(jī)制及反常趨膚效應(yīng)，并結(jié)合朗繆爾探針測量揭示產(chǎn)生這些現(xiàn)象背后的內(nèi)在物理原因。 第一章，簡述低溫等離子增強(qiáng)微細(xì)加工技術(shù)概況及工業(yè)中常見低溫等離子體源，詳述射頻感應(yīng)耦合等離子體源的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀及存在的問題，同時給出了本文的研究計劃和結(jié)構(gòu)安排。 第二章，以柱狀線圈射頻感應(yīng)耦合等離子體源為研究目標(biāo)，建立自

2、洽的一維等離子體平板動力學(xué)模型，研究了非磁化/磁化感應(yīng)耦合氬(Ar)放電中的無碰撞電子加熱機(jī)制，同時討論直流外磁場對射頻電場穿透和負(fù)功率吸收的影響。結(jié)果顯示，低氣壓射頻感應(yīng)耦合等離子體中的電子能量分布呈現(xiàn)典型的非麥克斯韋分布，外磁場對電子行為有顯著的影響。隨著外磁場的增強(qiáng)，射頻電場的穿透深度增加，“負(fù)功率吸收”現(xiàn)象消失。另外，外磁場的存在導(dǎo)致等離子體中產(chǎn)生 Azbel-Kaner共振現(xiàn)象，提高了無碰撞電子加熱。 第三章，依然針對

3、柱狀線圈射頻感應(yīng)耦合等離子體源建立自洽的二維動力學(xué)模型，研究氣壓、射頻源的驅(qū)動頻率、反應(yīng)室的半徑及高度、射頻線圈中的電流以及射頻線圈的匝數(shù)對等離子體中電子能量分布的影響，同時給出了相同參數(shù)下的射頻電場分布以及功率密度分布。模擬結(jié)果顯示外部參量特別是裝置尺寸和線圈的匝數(shù)對電子能量分布和功率沉積有顯著的影響，提高射頻線圈的匝數(shù)有利于獲得更加均勻的高密度等離子體。 第四章，通過耦合求解電子玻爾茲曼方程與麥克斯韋方程組，建立自治的二維動

4、力學(xué)模型，研究了低氣壓下平面線圈射頻感應(yīng)耦合氬放電中的非麥克斯韋電子能量分布對射頻電場穿透和功率沉積的影響，其中求解麥克斯韋方程組時采用了傅立葉-貝塞爾展開。研究顯示非麥克斯韋的電子能量分布增強(qiáng)了射頻電場的穿透深度，導(dǎo)致射頻電場呈現(xiàn)非單調(diào)衰減。為了驗證模型，將模型計算所得的空間射頻電場、電流分布與Godyak 實驗測量的結(jié)果進(jìn)行了比較，兩者符合得比較好。 第五章，采用具有被動補(bǔ)償型的朗繆爾探針測量了自主研發(fā)的平面線圈射頻感應(yīng)耦合