等离子体源离子注入中的栅网阴影效应的离子动力学PIC模拟

摘要

等离子体源注入技术是利用等离子体为离子源进行材料表面处理和改性的新兴技术。对于很多以前依靠传统合金技术不能解决的难题，等离子源注入技术都可以很好的解决。直流等离子体源离子注入(直流PIII)技术和栅极增强型等离子体源离子注入技术在半导体工艺和材料表面改性中十分重要。而在这些工艺中，离子注入均匀性是至关重要的。实验结果表明，辅助栅网网格的阴影效应产生的网格状花纹是造成离子表面离子注入不均匀的重要原因。
　　 本文建立了一种PIC模型研究了直流等离子体源离子注入和栅极增强型等离子体源离子注入。在这个模型中，等离子在离子产生区生成，加速穿过离子加速区的接地栅网，然后加速注入到平面工件的表面。我们特别研究了影响电压对于离子运动轨迹和运动状态以及注入到工件表面的离子通量密度分布的影响。我们发现在等离子区域中靠近圆孔的部分的电势并不是等离子体电势而是受注入工件上的电压影响--等离子鞘层随着弯曲的等位线通过圆孔扩展到等离子体区域的内部，并且扩展的程度与工件上的电压有关。离子被鞘层中的加速电场加速，以束流的形式注入到工件表面，而束流分布的情况与作用电压有着十分密切的关系。模拟实验的结果显示了栅网阴影效应的离子动力学形成机制，这与观察实验的结果相符。

目录

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声明

第一章 引言

1.1等离子体理论概要

1.2等离子体的注入技术

1.2.1离子注入技术发展概述

1.2.2等离子体源离子注入

1.2.3直流和栅极增强型等离子体源离子注入

1.3本文完成的工作

第二章 等离子体源离子注入过程中鞘层演化情况的研究

2.1鞘层演化的基本过程概述

2.2等离子体鞘层演化的主要研究方法和基本模型

2.2.1 鞘层演化的解析模拟法

2.2.2 Monte Carlo方法

2.2.3 PIC(Particle in cell)方法

第三章 直流等离子体源离子注入栅网阴影效应的模型和研究

3.1研究模型

3.2计算方法

第四章 模拟的结果和相关讨论

4.1模拟区的电位分布

4.2离子的速度分布

4.3注入离子的通量分布

4.4小结

第五章 等离子体源离子注入栅网的阴影效应其他模型的研究

5.1模型及模拟过程

5.2模拟结果和讨论

5.3小结

第六章 结论

参考文献

致谢