脉冲调制射频大气压SiH4/He/O2放电数值模拟研究

摘要

大气压等离子体放电由于设备简单，生产成本低，一直被广泛用于二氧化硅薄膜沉积中。较其他形式的放电，大气压脉冲放电由于其稳定、高效等特点在近年来引起了人们的广泛关注。为了更深入了解其反应机理，本文利用二维流体力学模型对脉冲调制射频大气压SiH4/He/O2的放电过程进行了研究，重点关注了脉冲放电中占空比与调制频率对等离子体的影响。结果表明：在平均功率相同的条件下，占空比对薄膜的沉积速率和质量具有重要影响。具体表现为，随着占空比减小，反应腔中各粒子密度均呈现出增加的趋势，且当占空比为0.4时，SiO2密度约为1014 cm-3，高于连续放电三个数量级；同时电场对负离子的约束作用也随着占空比的减小而减弱，导致大量的负离子流向极板，形成了对薄膜的性能有益的负离子流；另外适当降低占空比还可以改善薄膜的均匀性。值得注意的是，适当降低调制频率也可以在不影响薄膜均匀性的情况下，提高薄膜沉积速率、改善薄膜附着性能，但其影响不如占空比显著。