射頻感性耦合等離子體中基片調(diào)諧自偏壓的數(shù)值研究.pdf

1、通過(guò)改變基片電極與地之間的外部LCR網(wǎng)絡(luò)阻抗，控制射頻感性耦合等離子體中基片電極的射頻調(diào)諧自偏壓。在過(guò)去的實(shí)驗(yàn)研究中，已發(fā)現(xiàn)了基片調(diào)諧自偏壓—調(diào)諧電容關(guān)系曲線的三種特性：即連續(xù)、振蕩、雙穩(wěn)。在本論文中，通過(guò)數(shù)值方法研究連續(xù)、雙穩(wěn)的轉(zhuǎn)換機(jī)理。為了簡(jiǎn)化但不失可行性，數(shù)值建模中包含了影響基片射頻自偏壓的關(guān)鍵因素，忽略了為得到等離子體密度、電子溫度所需要的繁雜的感性耦合計(jì)算，而在給定的等離子體密度、電子溫度條件下討論基片自偏壓的特性。另一方面，

2、在采用等效電路建立模型時(shí)包含了影響容性耦合的參量。論文中討論了LCR網(wǎng)絡(luò)中電參數(shù)(電阻、電感、雜散電容)，基片鞘層面積，地鞘層面積，耦合天線鞘層面積，電子溫度，等離子體密度(分別改變耦合線圈鞘層、地鞘層、基片鞘層等離子體密度，以及同時(shí)改變?nèi)齻€(gè)鞘層的等離子體密度)等對(duì)基片調(diào)諧自偏壓—調(diào)諧電容關(guān)系曲線的影響。數(shù)值研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)LCR網(wǎng)絡(luò)中電阻、雜散電容，基片鞘層面積，裝置地鞘層面積，地鞘層等離子體密度，基片鞘層等離子體密度增加至各自的臨界值時(shí)

3、，或當(dāng)天線射頻電壓，耦合天線鞘層面積，耦合天線等離子體密度降低至各自的臨界值時(shí)，基片調(diào)諧自偏壓—調(diào)諧電容關(guān)系曲線呈現(xiàn)連續(xù)特性。反之，基片調(diào)諧自偏壓—調(diào)諧電容關(guān)系曲線呈現(xiàn)多穩(wěn)特性。LCR網(wǎng)絡(luò)中的電感值不會(huì)影響基片調(diào)諧自偏壓—調(diào)諧電容關(guān)系曲線的多穩(wěn)與連續(xù)態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，只是改變曲線多穩(wěn)態(tài)的回滯寬度。同時(shí)改變耦合天線鞘層、基片鞘層、地鞘層處的電子溫度對(duì)多穩(wěn)態(tài)回滯寬度的大小影響較小，但當(dāng)單獨(dú)改變基片鞘層的電子溫度時(shí)，多穩(wěn)態(tài)回滯寬度隨電子溫度增大而

4、減小。通過(guò)綜合分析發(fā)現(xiàn)，上述“外部”參數(shù)對(duì)基片調(diào)諧自偏壓—調(diào)諧電容關(guān)系曲線特性的影響可以統(tǒng)一歸因于同一個(gè)“內(nèi)部”參數(shù)，即基片鞘層電位降。基片調(diào)諧自偏壓—調(diào)諧電容關(guān)系曲線多穩(wěn)、連續(xù)特性分別出現(xiàn)在高和低的基片鞘層電壓降，而基片鞘層電容的非線性和外部LCR網(wǎng)絡(luò)的調(diào)諧特性是多穩(wěn)態(tài)出現(xiàn)的兩個(gè)必要因素。對(duì)多解區(qū)的數(shù)值解特性研究發(fā)現(xiàn)，不是所有的解都出現(xiàn)在基片電路分支串聯(lián)共振點(diǎn)之后。 針對(duì)調(diào)諧系統(tǒng)的電路特點(diǎn)，本文還分析討論了基片支路阻抗的變化規(guī)