微波氩气和四氟化碳等离子体光谱诊断

摘要

Ar/CF4混合气体常见于等离子体刻蚀的研究，其在低气压射频等离子体方向已经得到非常全面的研究。对于拥有诸多特性如能量利用率高、无电极污染的微波放电而言，特别是采用光谱方法对Ar/CF4等离子体中的电子温度以及特殊粒子浓度的诊断，这方面的研究还比较少见。为了研究Ar/CF4微波等离子体的性质以及其内部复杂的物理化学反应过程，本文采用发射光谱法和可调谐二极管激光吸收光谱法对Ar/CF4微波等离子体进行了诊断。利用发射光谱法主要考察了电子温度、F原子相对数密度，随微波功率、气压和气体配比的变化规律;利用吸收光谱法考察了Ar亚稳态1s5、1s3能级绝对数密度和气体温度随微波功率、气压的变化规律。取得的实验结果如下:
　　(1)分别根据费米-狄拉克模型和日冕模型计算了体系的电子温度。随着微波功率的增大，电子温度缓慢增加，费米-狄拉克模型计算的电子温度在0.8 eV左右，日冕模型计算的电子温度在0.7 eV左右;随着气压或者Ar配比的增大，两种模型计算的电子温度快速下降，并逐渐接近。
　　(2)利用发射光谱内标法，得到了F原子相对数密度的变化规律。发现F原子相对数密度随微波功率和气压的增大而增大。
　　(3)根据吸收光谱法计算了Ar亚稳态1s5和1s3能级的绝对数密度。并发现1s5的数密度在1016m-3数量级，是1s3数密度的10倍以上，并且它们都随微波功率和气压的增大而减小。
　　(4)根据Ar1s3吸收谱线的多普勒加宽得到了气体温度。发现气体温度在1600～2600 K之间，而且它随微波功率和气压的增大而增大。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 等离子体概述

1．2 常见的微波等离子体

1．2．1 电子回旋共振等离子体

1．2．2 微波等离子体炬

1．2．3 表面波等离子体

1．2．4 圆柱谐振腔微波等离子体

1．3 低温等离子体的实验诊断方法

1．3．1 质谱法

1．3．2 激光诱导荧光光谱法

1．3．3 静电探针法

1．3．4 发射光谱法

1．3．5 吸收光谱法与光腔衰荡光谱

1．4 本论文的选题以及主要工作

2 实验装置

2．1 微波放电装置

2．1．1 微波产生及传输系统

2．1．2 微波放电腔室

2．1．3 抽气和配气系统

2．1．4 水冷系统

2．2 发射光谱诊断装置

2．3 TDLAS吸收光谱实验装置

3 发射光谱测定电子温度和氟原子相对数密度

3．1 电子温度的光谱诊断方法

3．1．1 波尔兹曼斜率法

3．1．2 费米-狄拉克分布模型

3．1．3 日冕模型

3．2 放电参数对Ar／CF4等离子体状态的影响

3．2．1 放电功率对谱线强度、x值和电子温度的影响

3．2．2 放电气压对谱线强度、x值和电子温度的影响

3．2．3 Ar配比对谱线强度、x值和电子温度的影响

3．3 内标法测定基态氟原子的相对数密度

3．3．1 内标法的基本原理

3．3．2 放电气压对氟原子相对数密度的影响

3．3．3 微波功率对氟原子相对数密度的影响

3．4 本章小结

4 可调谐激光二极管吸收光谱技术对CF4／Ar微波等离子体的诊断

4．1 可调谐激光二极管吸收光谱技术诊断原理

4．1．1 亚稳态绝对数密度的计算方法

4．1．2 气体温度的计算方法

4．2 放电参数的影响

4．2．1 微波功率对氩亚稳态数密度和气体温度的影响

4．2．2 放电气压对氩亚稳态数密度和气体温度的影响

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢