射頻放電等離子體

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-08-30

射頻放電等離子體一般有兩種不同的激發(fā)方式，分別為電感耦合和電容耦合，其可在低氣壓下產(chǎn)生高密度的等離子體。射頻等離子體中的電子能量通?？蛇_(dá)幾個(gè)eV甚至更高，可以借助電子的高活性促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，且不會(huì)對(duì)材料本底造成破壞，因此被廣泛應(yīng)用于材料表面改性等領(lǐng)域。

（1）容性耦合等離子體源

射頻容性耦合等離子體源（CCP）被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體摻雜、刻蝕等領(lǐng)域，其基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般由兩個(gè)分開(kāi)的平行板所組成，極板上接入外加射頻電源。這種等離子體源中驅(qū)動(dòng)電源的頻率一般在0.64MHz-160MHz，兩極板間隙較小，根據(jù)驅(qū)動(dòng)源的數(shù)量可分為單頻等離子體源、雙頻等離子體源和多射頻源驅(qū)動(dòng)放電。如圖1.1a為單頻源驅(qū)動(dòng)放電，放電結(jié)構(gòu)為一對(duì)平行極板，其中一個(gè)極板接射頻源，另一個(gè)極板接地；圖1.1b和1.1c為雙頻源驅(qū)動(dòng)的放電，兩個(gè)射頻源的頻率不同，一般低頻源可控制到達(dá)極板的離子能量，高頻源控制離子通量，兩個(gè)射頻源可同時(shí)接入同一個(gè)電極，也可以把兩個(gè)射頻源分開(kāi)接入不同的電極。此外，還有三種不同頻率射頻源驅(qū)動(dòng)的三頻容性放電。在極板間接入射頻源后，射頻源將在兩極板間產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)分布，極板間氣體中游離的電子由于質(zhì)量較輕，可以響應(yīng)高頻電磁場(chǎng)的變化，通過(guò)不斷吸收電場(chǎng)能量并與氣體分子碰撞而電離產(chǎn)生新電子，進(jìn)一步產(chǎn)生等離子體。

圖1.1 容性耦合等離子體示意圖

（2）感性耦合等離子體源

在1884年，Hittorf首次在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)感性放電（ICP），即“無(wú)電極的環(huán)形放電”。目前在材料的表面處理中普遍采用的感性耦合等離子體源主要有“盤香型線圈”ICP和柱狀線圈ICP，兩種等離子體源的結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。在感性耦合放電過(guò)程中，當(dāng)線圈中通入射頻電流后會(huì)激發(fā)出感應(yīng)電場(chǎng)，電子通過(guò)吸收感應(yīng)電場(chǎng)的能量進(jìn)一步與氣體分子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生等離子體，這一放電模式被稱為感性模式（H模式），其產(chǎn)生的等離子體密度較高。當(dāng)線圈中通入的射頻電流較低時(shí)，線圈兩端存在較高的電壓降，此時(shí)的放電主要由靜電場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)，這一模式稱為E模式。當(dāng)處于E模式時(shí)，放電產(chǎn)生的鞘層較厚，電子密度較低，通過(guò)調(diào)節(jié)功率或者電流等參數(shù)放電將過(guò)渡到H模式，兩種模式之間可以相互轉(zhuǎn)化。此外，感性耦合等離子體主要通過(guò)介質(zhì)管將功率耦合給等離子體，在腔室內(nèi)部不需要高壓電極，因此這種放電產(chǎn)生的鞘層電壓降很小，可通過(guò)調(diào)節(jié)引出參數(shù)來(lái)獨(dú)立控制到達(dá)基底的離子通量。通常，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)到達(dá)基底離子能量的獨(dú)立控制，可在基底施加一個(gè)負(fù)偏壓實(shí)現(xiàn)。