弱磁场对柱面感性耦合等离子体参数径向分布的影响

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射频感性耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma,即射频ICP)具有放电气压低、密度高、装置简单以及空间均匀性易于控制等优点,因此在工业上广泛应用于微电子芯片和大尺寸平面显示器的刻蚀工艺、半导体与光电子功能薄膜沉积、宽束强流离子源、全方位离子注入、化学合成以及晶体生长等领域。在射频ICP研究中,如何提高等离子体空间均匀性一直是学者们关注的重要问题。  本文对弱磁场中射频感性耦合等离子体的等离子体参数径向分布进行研究。实验中保持放电气体(氩气)、气压、等离子体吸收功率、耦合天线(柱面线圈)等放电条件不变,在轴向外加不同强度、不同位形的弱磁场,使用自制Langmuir探针测量了耦合天线区域内等离子体空间电位、电子温度、电子密度等参数的径向分布,说明对于柱面感性耦合等离子体如何配置外加磁场有利于提高均匀性。  实验结果表明,在轴向磁场位形下,随着磁感应强度增加,等离子体密度径向分布逐渐向“中心低边缘高”的中空分布演化。而在会切磁场位形下,会切磁场对等离子体有向磁场中性区内压缩的作用,使得等离子体密度径向分布呈现中心峰化。因此,在无外加磁场情况下,若等离子体密度径向分布呈“中心高边缘低”的钟形分布,则应选择轴向磁场位形以提高等离子体密度径向均匀性,反之则应选择会切磁场位形。
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