微波放電激發(fā)大面積矩形表面波等離子體的研究.pdf

1、近年來，在大規(guī)模集成電路和液晶顯示器的制造過程中，大面積等離子體源成為必需；微電子器件制作工序的刻蝕、灰化和等離子體化學(xué)氣相沉積等迫切需要空間均勻的、高電子密度及高活性化的等離子體源。此外，多晶硅薄膜、金剛石薄膜、碳納米管等的生成，大面積高密度等離子體源同樣充當(dāng)重要角色。在眾多等離子體源中，平板型表面波等離子體（SWP）源是一種有希望同時滿足以上苛刻要求的優(yōu)良等離子體源。因此，大面積高密度SWP的開發(fā)及應(yīng)用研究受到了前所未有的關(guān)注，目前

2、研究的重點(diǎn)在于解決高效放電和大面積空間均勻性問題。
　　
　　 本論文涉及表面波等離子體的產(chǎn)生機(jī)理、實(shí)現(xiàn)途徑、參數(shù)特性和數(shù)值仿真等四個方面的研究內(nèi)容，具體工作如下：
　　 1．根據(jù)高密度等離子體和金屬在與高頻電磁波相互作用時表現(xiàn)出的類似特性，提出高密度等離子體與介質(zhì)分界面處存在表面等離子體激元偏振（SPPs）現(xiàn)象。采用SWP 簡正模型，分析了表面電磁波的空間分布特性，探討了高密度等離子體中SPPs的特征參量，特別

3、是帶有密度梯度層的表面電場局域增強(qiáng)效應(yīng)的半解析證明，從機(jī)理上探討了SWP的產(chǎn)生機(jī)制。
　　 2．根據(jù)矩形波導(dǎo)管內(nèi)的微波分布，確定了波導(dǎo)管寬壁面開槽位置，結(jié)合SWP 源的結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計了開槽天線陣列。為了達(dá)到高效耦合微波能量和穩(wěn)定表面波放電的目的，根據(jù)諧振腔理論和偶極子近場輻射理論設(shè)計了單模諧振腔陣列和亞波長衍射光柵，與開槽天線陣列一起構(gòu)造了高效波模轉(zhuǎn)換器件，這是產(chǎn)生大面積高密度均勻穩(wěn)定表面波等離子體的核心器件。
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4、．搭建帶有多模諧振腔的SWP 源裝置，驗(yàn)證了高密度SWP的產(chǎn)生確實(shí)是基于SPPs 所攜帶的表面電磁波維持了穩(wěn)定放電。改用高效波模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，200W低功率輸入下，等離子體密度為1.04×1018 m-3，空間均勻性達(dá)85.7％，微波吸收率為95％，功效比為4.4 cm2/W。此外，產(chǎn)生的等離子體具有雙麥克斯韋電子能量分布和參數(shù)穩(wěn)定可控性，使得綜合性能在同類源中處于世界領(lǐng)先。
　　 4．采用非自洽均勻冷等離子體模型研究了開