电子回旋共振等离子体空间分布诊断及其特性研究.pdfVIP

电子回旋共振等离子体空间分布诊断及其特性研究1 * 符斯列，陈俊芳 ，吴先球，何琴玉，孙番典，李赟，胡社军 华南师范大学物理与电信工程学院 广州石牌 510631 摘要：使用朗缪尔单静电探针测量并分析了轴对称发散磁场型ECR-PECVD装置反应室内ECR 氮等离子体的空间分布。在反应室等离子体空间分布的两个不同区域中，受磁场梯度影响的 反应室上游区等离子体分布不均匀，受磁场梯度影响较小的下游区等离子体则具有良好的均 匀性。 关键词：ECR等离子体；朗缪尔单静电探针；等离子体密度；空间分布 1. 实验装置和原理 根据电子回旋共振吸收微波能量原理产生的ECR （Electron Cyclotron Resonance）等 离子体具有无内电极放电无污染、放电气压低、等离子体密度高、能量转化率高、可低温合 成高温材料等优点。在等离子体微细干法刻蚀、等离子体辅助化学气相沉积、材料表面处理 等方面具有广泛的应用前景 ［１～３］。 1 2 ECR-PECVD设备如图 1 所示。主要由BJ22 波导管○、两组环形对称励磁线圈○、共振 3 4 5 6 7 腔○、反应室○、样品台○、真空系统○、配气系统○等组成。TE10微波通过石英耦合窗馈 入共振腔中，在共振层处电子回旋共振吸收微波能量产生的高密度ECR等离子体，在磁场梯 度的作用下等离子体向下级扩散至整个反应室空间。 图 1：ECR-PECVD 设备示意图 图 2：偏心探针示意图 朗缪尔单静电探针采用弯曲 30 度的偏心钨探针，钨针直径为 0.5mm，露出部分长 0.8cm。 探针套在不锈钢套管中，并用绝缘陶瓷绝缘，测量时，探针头按一定角度旋转，就可获得各 1本课题得到高等学校博士点专项科研基金[20040574008]和广州市科技计划项目[2005Z3-D2031]资助。 * 通讯作者：陈俊芳，E-mail: chenjf@, 联系电话：020 - 1 - 径向半径下的等离子体密度空间分布。 根据探针伏安特性I-U 曲线做出的半对数曲线 ln(I)-U，对直线部分的斜率，由下列公式分别求出电子温度T 和等离子体密度N [ ４ ]： e i kTe d (eU) / d ln(I ) 1/2 I 0.61N eS (K T m ) i 0 i e i 其中 + ［５］ I 为饱和离子流，S为探针表面积。ECR氮等离子体主要是碰撞电离N +e →N +2e ， i 0 2 2 所以离子的主要成分是N +，离子质量数取m =28。 2