微波ECR等离子体探针检测的研究与设计.pdf

电子科技大学
硕士学位论文
微波ECR等离子体探针检测的研究与设计
姓名:王倩
申请学位级别:硕士
专业:测试计量技术及仪器
指导教师:刘华
20090501
摘要近年来,微波电子回旋共振壤胱犹逶丛嚼丛绞艿饺嗣堑墓刈ⅲ为它能在低气压下产生高密度、高电离度、大体积均匀的等离子体。微波离子体还具有无内极放电和放电离子低溅射率的优点,正是由于这些优点,使其在刻蚀技术、薄膜制备技术和离子源等方面得到了广泛应用。而应用效果的好坏直接与等离子体的重要参数电子温度、离子密度、能量分布等相关。因此,准确可靠的测量等离子体放电参数不仅对等离子体基础理论的研究,而且对应用等离子体工艺技术的改进都是十分重要的。目前,国内多数等离子体应用领域均缺少对等离子体参数进行测量的环节。在微波壤胱犹逭锒霞际踔校秸爰际蹙哂薪峁辜虻ァ⒉僮骷虮愫筒饬康玫的参数较全面的优点。国内目前没有商用的朗缪尔探针,因此开发朗缪尔探针诊断系统具有创新意义和实用价值。本文引入了探针诊断技术,并将计算机及单片机集成技术应用于该探针诊断系统,提高了系统运行的自动化程度。本文完成的主要工作归纳为以下几点:岷狭宋⒉‥等离子体的特点以及等离子体探针诊断技术,设计了一种新型的朗缪尔探针,很好的解决了真空密封和微波泄漏的问题。杓屏似德士傻鞯木獬莶ㄉ璧缪梗锏搅丝焖偕璧囊G蟆杓屏颂秸氲缌鳌⒌缪辜觳獾缏罚⒑芎玫慕饩隽薖偷テ拇谕ㄐ牛实现了实时采样和特性曲线的实时显示。⒉‥等离子体低成辖惺笛椋袢〉壤子体参数,对实验结果进行分析,提出系统改进方案。关键词:微波壤胱犹澹琇秸耄秸胝锒舷低常缱游露龋胱密度
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新躲辑盔日期:砷年与月》目日期:川年占月≯日独创性声明关于论文使用授权的说明为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。签名:的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或C艿难宦畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑
第一章绪论微波壤胱犹甯攀.⒉‥等离子体特点冰升温至婊岜涑伤绻露燃绦仙℃,那么水就会沸腾成为水蒸气。随着温度的上升,物质的存在状态一般会呈现出固态、液态、气态三种物态的转化过程,这三种基本形态被称为物质的三态。那么对于气态物质,温度升至几千度时,将会有什么新变化呢捎谖镏史肿尤仍硕泳纾嗷ゼ涞呐鲎玻就会使气体分子产生电离,这样物质就变成由自由运动并相互作用的正离子和电子组成的混合物。我们把物质的这种存在状态称为物质的第四态,即等离子体А5壤胱犹逯写嬖诟呙芏鹊拇绾傻睦胱雍痛旱绲牡缱樱遣煌的运动着。对于离子和电子来说,电离产生的正负电荷总是成对出现的,所以等离子体容器中的正电荷量与负电荷量大致相等,从整体上说为电中性。反过来,我们可以把等离子体定义为正离子和电子的密度大致相等的电离气体。随着人们对微波放电技术的深入研究,微波放电已经发展成为气体放电物理和技术研究中的新兴领域,并且得到了广泛的应用。研究人员发现,使用适当的微波腔,当工作气压在几个大气压到之间时,微波放电都能有效的建立和维持。高气压、高温微波放电被用于等离子体切割、冶金、喷涂等热处理方面,低气压、低温微波放电被用于等离子体镀膜、刻蚀、表面清洗等方面。低气压、低温等离子体是在气压范围絣的气体中进行直流或射频放电产生的。直流辉光放电首先被研究和应用,但该等离子体是有极放电。而且密度低、电离度低,运行气压高,这就限制了其应用的广泛性。随后,射频放电技术逐步地发展起来,这是一种无极放电,且等离子体参数比辉光放电有所提高,因而获得了较广泛的应用。但是其密度和电离度低,运行气压高,应用范围仍然受到限制。
电子回旋角频率#憾/。这里,虸巩分别是电子电荷及其质量,在低气压、低温放电方面一个重要的最新发展是电子回旋共振放电【。表为不同放电形式下,等离子体参量的比较。锄‘当有磁场存在时,电子便会在洛伦兹力的作用下作环绕磁力线的回旋运动。是磁场强度。如果输入的微波频率缈与电子回旋角频率够一致时,就会发生电子的共振加速,电子由此获得较高的动能,这种现象被称为微波电子回旋共振。利用上述原理的微波壤胱犹遄爸茫捎谖樟宋⒉芰康母咚