电子回旋共振等离子体源及其刻蚀金刚石膜的研究

摘要

本文在自主设计的ECR等离子体装置上开展了等离子体电子、离子参数的测量研究，并利用ECR等离子体对等离子体化学气相沉积（PCVD）金刚石膜进行了刻蚀，主要工作如下： （1）设计并组装了一台磁场位形可调的微波ECR等离子体装置，该装置可分别运行在发散磁场和收敛磁场位形，具有磁场调节范围宽、等离子体各参数测量方便等特点。 （2）建立了一套静电探针自动测量系统，并利用该系统对ECR等离子体电子参数在空间中的分布以及影响因素进行了诊断分析。结果表明：随着气压的升高，ECR等离子体电子温度不断降低，而电子密度先增大再减小。随着微波功率的上升，电子温度和密度都有不同程度的增加，之后趋入饱和。气压对电子密度沿轴向和径向分布的影响十分显著，低气压时电子密度沿轴向及径向分布较为均匀。 （3）设计了离子灵敏探针并对ECR等离子体的离子温度及密度进行了测量，重点研究了离子灵敏探针测量的影响因素，发现：离子收集极顶部与保护电极上端之间，即所谓的屏蔽距离对离子灵敏探针测量中离子与电子的分离有着重要的影响。合适的屏蔽距离既能有效屏蔽电子，又能确保收集到的离子能量范围尽可能广。加在离子收集极上的一个小的负偏压有利于抑制探针周围通过E×B漂移运动到达离子收集极的电子，从而避免了测量曲线的变形，减小了测量的误差。 （4）开展了ECR氧等离子体刻蚀金刚石膜的实验研究，并对刻蚀后的金刚石膜进行了机械抛光，结果表明：在其它条件一定时，适当增加气压会提高金刚石膜的刻蚀速率，这归功于气压升高后电子密度的提高，从而使流向金刚石膜的离子通量增加所致。ECR氧等离子体刻蚀有效地提高了金刚石膜机械抛光的效率，并获得了相对于直流等离子体刻蚀预处理更为平整的抛光表面。

目录

文摘

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第1 章绪论

1.1 ECR等离子体技术的研究概况

1.2 ECR等离子体源系统构成

1.3 ECR等离子体参数诊断

1.3.1 电子参数的诊断

1.3.2 离子参数的诊断

1.4 ECR等离子体应用领域

1.4.1 ECR等离子体镀膜

1.4.2 ECR等离子体刻蚀

1.4.3 微波ECR离子源

1.5 CVD金刚石膜的加工

1.5.1 等离子体刻蚀

1.5.2 抛光

1.6 本工作的目的和意义

第2 章ECR微波等离子体源的研制

2.1 ECR等离子体源的整体设计

2.2 等离子体室

2.3 真空系统

2.4 微波系统

2.5 磁场系统

2.6 等离子体诊断系统

2.7 本章小结

第3 章ECR等离子体电子参数特性

3.1 引言

3.2 静电探针诊断原理

3.2.1 单探针诊断原理

3.2.2 双探针诊断原理

3.3 静电探针自动测量系统测量特性的研究

3.4 气压、微波功率对ECR等离子体电子温度和密度影响研究

3.5 ECR等离子体电子参数的空间分布特性

3.6 本章小结

第4 章ECR等离子体源离子参数的测量研究

4.1 引言

4.2 ISP工作原理

4.3 ISP测量离子温度的研究

4.4 本章小结

第5 章ECR等离子体刻蚀CVD金刚石膜的研究

5.1 引言

5.2 实验

5.3 结果与讨论

5.3.1 工作气压对刻蚀的影响

5.3.2 刻蚀增强CVD金刚石膜机械抛光

5.4 本章小结

第6 章论文总结与展望

6.1 论文总结

6.2 展望

参考文献

硕士期间发表与本文有关的论文及专利

致谢