射頻放電等離子體

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：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eV甚至更高，可以借助電子的高活性促進反應(yīng)的進行，且不會對材料本底造成破壞，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)簡單，一般由兩個分開的平行板所組成，極板上接入外加射頻電源。這種等離子體源中驅(qū)動電源的頻率一般在0.64MHz-160MHz，兩極板間隙較小，根據(jù)驅(qū)動源的數(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)動放電。如圖1.1a為單頻源驅(qū)動放電，放電結(jié)構(gòu)為一對平行極板，其中一個極板接射頻源，另一個極板接地；圖1.1b和1.1c為雙頻源驅(qū)動的放電，兩個射頻源的頻率不同，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，兩個射頻源可同時接入同一個電極，也可以把兩個射頻源分開接入不同的電極。此外，還有三種不同頻率射頻源驅(qū)動的三頻容性放電。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)高頻電磁場的變化，通過不斷吸收電場能量并與氣體分子碰撞而電離產(chǎn)生新電子，進一步產(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首次在實驗中發(fā)現(xiàn)感性放電（ICP），即“無電極的環(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。在感性耦合放電過程中，當(dāng)線圈中通入射頻電流后會激發(fā)出感應(yīng)電場，電子通過吸收感應(yīng)電場的能量進一步與氣體分子發(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，線圈兩端存在較高的電壓降，此時的放電主要由靜電場來驅(qū)動，這一模式稱為E模式。當(dāng)處于E模式時，放電產(chǎn)生的鞘層較厚，電子密度較低，通過調(diào)節(jié)功率或者電流等參數(shù)放電將過渡到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，可通過調(diào)節(jié)引出參數(shù)來獨立控制到達(dá)基底的離子通量。通常，為了進一步實現(xiàn)對到達(dá)基底離子能量的獨立控制，可在基底施加一個負(fù)偏壓實現(xiàn)。