微波放電激發(fā)大面積矩形表面波等離子體的研究.pdf

1、近年來，在大規(guī)模集成電路和液晶顯示器的制造過程中，大面積等離子體源成為必需；微電子器件制作工序的刻蝕、灰化和等離子體化學氣相沉積等迫切需要空間均勻的、高電子密度及高活性化的等離子體源。此外，多晶硅薄膜、金剛石薄膜、碳納米管等的生成，大面積高密度等離子體源同樣充當重要角色。在眾多等離子體源中，平板型表面波等離子體（SWP）源是一種有希望同時滿足以上苛刻要求的優(yōu)良等離子體源。因此，大面積高密度SWP的開發(fā)及應用研究受到了前所未有的關注，目前

2、研究的重點在于解決高效放電和大面積空間均勻性問題。
　　
　　 本論文涉及表面波等離子體的產(chǎn)生機理、實現(xiàn)途徑、參數(shù)特性和數(shù)值仿真等四個方面的研究內(nèi)容，具體工作如下：
　　 1．根據(jù)高密度等離子體和金屬在與高頻電磁波相互作用時表現(xiàn)出的類似特性，提出高密度等離子體與介質分界面處存在表面等離子體激元偏振（SPPs）現(xiàn)象。采用SWP 簡正模型，分析了表面電磁波的空間分布特性，探討了高密度等離子體中SPPs的特征參量，特別

3、是帶有密度梯度層的表面電場局域增強效應的半解析證明，從機理上探討了SWP的產(chǎn)生機制。
　　 2．根據(jù)矩形波導管內(nèi)的微波分布，確定了波導管寬壁面開槽位置，結合SWP 源的結構尺寸，設計了開槽天線陣列。為了達到高效耦合微波能量和穩(wěn)定表面波放電的目的，根據(jù)諧振腔理論和偶極子近場輻射理論設計了單模諧振腔陣列和亞波長衍射光柵，與開槽天線陣列一起構造了高效波模轉換器件，這是產(chǎn)生大面積高密度均勻穩(wěn)定表面波等離子體的核心器件。
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4、．搭建帶有多模諧振腔的SWP 源裝置，驗證了高密度SWP的產(chǎn)生確實是基于SPPs 所攜帶的表面電磁波維持了穩(wěn)定放電。改用高效波模轉換器進行放電實驗，200W低功率輸入下，等離子體密度為1.04×1018 m-3，空間均勻性達85.7％，微波吸收率為95％，功效比為4.4 cm2/W。此外，產(chǎn)生的等離子體具有雙麥克斯韋電子能量分布和參數(shù)穩(wěn)定可控性，使得綜合性能在同類源中處于世界領先。
　　 4．采用非自洽均勻冷等離子體模型研究了開