雙頻容性耦合等離子體簡介

1、雙頻容性耦合等離子體雙頻容性耦合等離子體1容性耦合和感性耦合等離子體放電CCP：放電空間相對于電源為電容區(qū)域，依靠兩端形成的電場供電ICP：放電空間相對于電源處在電感內(nèi)，依靠激發(fā)磁場感應(yīng)出的環(huán)形電場供電2研究雙頻容性耦合等離子體的意義在傳統(tǒng)的單頻容性耦合等離子體中，如果想要提高等離子體密度，就需要提高施加的偏壓，這樣會導(dǎo)致離子獲得更高的能量，高能離子轟擊到用于刻蝕的基片上時會損害基片。但不施加高偏壓，會使等離子體密度不高，刻蝕速率低。尋求解決辦法：實現(xiàn)等離子體密度和離子能量的分別控制3單頻容性耦合等離子體源示意圖雙頻容性耦合等離子體Dual-Frequency Capacitively Cou

2、pled Plasma（DF-CCP）雙頻容性耦合等離子是近年來發(fā)展起來的一種新型等離子體源，由于采用了一個高頻電源和一個低頻電源共同驅(qū)動等離子體，可以實現(xiàn)相對獨立的控制到達(dá)基片上離子的通量和能量，因而可能在納米線寬電子器件的刻蝕加工中得到應(yīng)用。4雙頻容性耦合電源示意圖5雙頻容性耦合等離子體源示意圖雙頻容性耦合等離子體在電源偏壓Vrf一定的條件下，等離子體密度n正比于電源頻率的平方，即6rfVn2結(jié)論：DF-CCP源中高頻電源的頻率決定了等離子體的離子密度。雙頻容性耦合等離子體7在極板相鄰的區(qū)域會產(chǎn)生等離子體鞘層，形成一個電場強(qiáng)度E很大，方向從等離子體區(qū)域指向極板的鞘層電場，由于離子運(yùn)動速度慢

3、，其穿越鞘層電場所用時間大于高頻源的周期，因此離子只響應(yīng)高頻平均電場，故而高頻源對離子能量的控制有限。為有效控制鞘層區(qū)域中離子的運(yùn)動，需要降低電源的頻率。結(jié)論：DF-CCP源中低頻電源決定了等離子體的離子能量。雙頻容性耦合等離子體由于DF-CCP是雙頻共同驅(qū)動等離子體，因此兩個電源會在一定程度上互相干擾（即耦合），但滿足一定條件時，高低頻電源會實現(xiàn)解耦。8LFLFHFHFVV22HFLFVV滿足上式時，高頻電源可以產(chǎn)生更高密度的等離子體滿足上式時，低頻電壓控制了到達(dá)基片上的離子的能量雙頻容性耦合等離子體當(dāng)高頻電源和低頻電源的頻率相差很大，即滿足下式時可以同時滿足實現(xiàn)解耦根據(jù)計算機(jī)模擬，當(dāng)LF/

4、HF0.1時，可以實現(xiàn)解耦9LFHFLFLFHFHFVV22HFLFVVDF-CCPDF-CCP中中N N2 2和和N N2 2+ +的的T TR R和和T TV V隨低頻功率的變化隨低頻功率的變化10高頻功率高頻功率100W100W，放電氣壓，放電氣壓5Pa5Pa時，時，N N2 2和和N N2 2+ +的轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動溫度和振動溫度隨低頻功率的變化溫度和振動溫度隨低頻功率的變化結(jié)論：低頻功率的增加對N2+的轉(zhuǎn)動和振動溫度影響比N2大DF-CCPDF-CCP中中N N2 2和和N N2 2+ +的的T TR R和和T TV V隨高頻功率的變化隨高頻功率的變化11低頻功率低頻功率30W30W，放電

5、氣壓，放電氣壓5Pa5Pa時，時，N N2 2和和N N2 2+ +的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動溫度和振動溫度隨高頻功率的變化動溫度和振動溫度隨高頻功率的變化結(jié)論：高頻功率的增加對N2的轉(zhuǎn)動和振動溫度影響比N2+大DF-CCPDF-CCP中中N N2 2和和N N2 2+ +的的T TR R和和T TV V隨放電氣壓的變化隨放電氣壓的變化12高頻功率為高頻功率為100W100W，低頻功率，低頻功率30W30W，N N2 2和和N N2 2+ +的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動溫度和振動溫度隨放電氣壓的變化動溫度和振動溫度隨放電氣壓的變化結(jié)論：N2+和N2的振動溫度隨氣壓增大而減小N2+和N2的轉(zhuǎn)動溫度隨氣壓增大而緩慢上升實際應(yīng)用中所用DF-CCP源頻率和其他發(fā)展工程應(yīng)用中常用到的頻率組合為60MHz/2MHz、27.1MHz/2MHz、和160MH