等离子体物理与技术chp9-2.pptx

等离子体物理与技术Plasma Physics and Technology;本章主要内容;高频电磁场或微波的天线耦合加载方式 高频放电或微波放电是由天线（或电极）从外部得到功率，通过电磁场对电子的加速作用来维持等离子体 天线周围的电磁场由三个不同成分构成 ;三种方式分别应用耦合场中的不同成份 静电耦合主要利用静电场成份来加速电子，又称电容耦合，产生电容（容性）耦合等离子体 感应耦合利用感应电场成份 无外加磁场时产生感应（感性）耦合等离子体 有外加磁场时产生螺旋波等离子体 电磁波耦合利用电磁波成份为等离子体提供能量 无外加磁场时产生表面波等离子体 有外加磁场时产生电子回旋共振(ECR)等离子体;电容耦合等离子体（Capacitively coupled plasma, CCP）;;实际放电容器中，A电极接地，其有效面积大于K电极，形成非对称放电 在只有交流电压的K电极上会自动生成负直流电压VDC（即自给偏压） CB的存在，保证了VDC不为零，VDC0 VK(t)=VDC+VRFsinωt 鞘层起到类似二级管的整流作用 离子响应慢，受平均电位分布作用，在自给偏压作用下撞击K电极;外加高频电场对电子的加速作用，电子吸收高频功率有三种机制： 等离子体区域的焦耳加热（α放电，有碰撞） 鞘层内二次电子逸出后被加速（ γ放电，无碰撞） 由于鞘层振荡产生的统计加热（费米加速）;;容易产生大口径等离子体 在加有高频(RF)电压的电极上会产生负直流电压（自给偏压），可加速正离子轰击K电极，也可用于加工工艺； 可通过双高频电源方案同时控制离子轰击能量（自给偏压）和离子通量（等离子体密度）；（一般，放电用高频电压采用较高频率13.56～60MHz，控制自给偏压的电极采用较低频率0.5～2.0MHz） 因为费米加速的存在，输入功率的利用效率得以提高;双频电容耦合放电（Dual-Frequency CCP）;SCCM-TE (TEL，日本);无外加磁场时，高频放电可分为电场型(E)放电和磁场型(H)放电 E放电是天线（电极）表面电荷产生的静电场E导致的放电，如前面的CCP H放电是天线电流产生的磁场H导致的放电（H随时间变化产生感应电场） 利用感应电场加速电子来维持放电的等离子体称为感应耦合等离子体 两种情况下的放电也称为容性放电与感性放电;感应电场在等离子体内部产生涡流;环绕线圈通高频电流（如13.56MHz ） 等离子体中的电子受感应电场作用被加速 由于碰撞的存在，电子将吸收的电磁能转移，产生焦耳加热。 ICP可在1～40Pa范围内产生密度达1018m-3，直径达30cm的等离子体 等效电路以天线为变压器的初级绕组，等离子体圆环（具有一定趋肤深度δ,截面积为S，圆周长为l）作为次级绕组;北京宇丰凯公司生产的感应耦合等离子体化学气相积系统SI 500 D;;表面波等离子体（Surface wave plasma, SWP） 无外加磁场时通过电磁波照射高密度等离子体可以在等离子体表面激励起沿等离子体表面传播的波，从而生成大口径、高密度的等离子体 100MHz~1000GHz的微波, 2~20Pa气压下产生1017~1018m-3密度的等离子体;不需要外加磁场 不存在平板型等离子体那样因电极插入造成的杂质混入问题 容易生成高密度等离子体 利用表面波的传播，可实现等离子体的大口径化 ;微波激发表面波的两种方式（顶部激发、侧面激发）;激发表面波等离子体的各种狭缝形状;分别从顶部和侧面激发的两套微波系统;环状表面波等离子体实验系统及其实验结果（复旦大学现代物理研究所）;实验结果;实验结果;实验结果;当有外加磁场存在时，电??会在洛伦兹力的作用下环绕磁力线作回旋运动。B=0.0875T时，回旋频率为2.45GHz ;;大连理工大学ESPD-U 系统，采用腔耦合型ECR微波等离子体源 ; 谢 谢