射頻放電等離子體

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2023-08-30

射頻放電等離子體一般有兩種不同的激發方式，分別為電感耦合和電容耦合，其可在低氣壓下產生高密度的等離子體。射頻等離子體中的電子能量通常可達幾個eV甚至更高，可以借助電子的高活性促進反應的進行，且不會對材料本底造成破壞，因此被廣泛應用于材料表面改性等領域。

（1）容性耦合等離子體源

射頻容性耦合等離子體源（CCP）被廣泛應用于半導體摻雜、刻蝕等領域，其基本結構簡單，一般由兩個分開的平行板所組成，極板上接入外加射頻電源。這種等離子體源中驅動電源的頻率一般在0.64MHz-160MHz，兩極板間隙較小，根據驅動源的數量可分為單頻等離子體源、雙頻等離子體源和多射頻源驅動放電。如圖1.1a為單頻源驅動放電，放電結構為一對平行極板，其中一個極板接射頻源，另一個極板接地；圖1.1b和1.1c為雙頻源驅動的放電，兩個射頻源的頻率不同，一般低頻源可控制到達極板的離子能量，高頻源控制離子通量，兩個射頻源可同時接入同一個電極，也可以把兩個射頻源分開接入不同的電極。此外，還有三種不同頻率射頻源驅動的三頻容性放電。在極板間接入射頻源后，射頻源將在兩極板間產生均勻的電場分布，極板間氣體中游離的電子由于質量較輕，可以響應高頻電磁場的變化，通過不斷吸收電場能量并與氣體分子碰撞而電離產生新電子，進一步產生等離子體。

圖1.1 容性耦合等離子體示意圖

（2）感性耦合等離子體源

在1884年，Hittorf首次在實驗中發現感性放電（ICP），即“無電極的環形放電”。目前在材料的表面處理中普遍采用的感性耦合等離子體源主要有“盤香型線圈”ICP和柱狀線圈ICP，兩種等離子體源的結構如圖1.2所示。在感性耦合放電過程中，當線圈中通入射頻電流后會激發出感應電場，電子通過吸收感應電場的能量進一步與氣體分子發生碰撞而產生等離子體，這一放電模式被稱為感性模式（H模式），其產生的等離子體密度較高。當線圈中通入的射頻電流較低時，線圈兩端存在較高的電壓降，此時的放電主要由靜電場來驅動，這一模式稱為E模式。當處于E模式時，放電產生的鞘層較厚，電子密度較低，通過調節功率或者電流等參數放電將過渡到H模式，兩種模式之間可以相互轉化。此外，感性耦合等離子體主要通過介質管將功率耦合給等離子體，在腔室內部不需要高壓電極，因此這種放電產生的鞘層電壓降很小，可通過調節引出參數來獨立控制到達基底的離子通量。通常，為了進一步實現對到達基底離子能量的獨立控制，可在基底施加一個負偏壓實現。