等离子体基础.pdf

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1、北方微电子培训教材（高级）等离子体基础1Outlines•等离子体概况•等离子体源介绍•等离子体诊断•刻蚀工艺相关参数NMCConfidential–DoNotCopy–NMCTraining2Outlines•等离子体概况•等离子体源介绍•等离子体诊断•刻蚀工艺相关参数NMCConfidential–DoNotCopy–NMCTraining3等离子体概况等离子体基本概念1等离子体是一种具有足够电离度的放电气体NMCConfidential–DoNotCopy–NMCTraining4等离子体概况等离子体基本概念2等离子体基本组成：电子、离子、中性粒子等离子体基本特征：-准电中性：等离子体宏

2、观上表现为中性-集体行为：大量粒子综合的行为N+Ae-气体状物质PlasmaNMCConfidential–DoNotCopy–NMCTraining5等离子体概况等离子体产生原理1Energy•能量的供应OrbitalelectronFreeelectronExcitedelectron•发生如下过程：nucleusnucleus-电离过程-激发过程-离解过程nucleusFreeelectronABA+BGasNMCConfidential–DoNotCopy–NMCTraining6等离子体概况等离子体产生原理2•一般的方法就是通过电能，或者动能来提供能量，使原子核外电子脱离原子核的束缚

3、。••电能：强电场、微波、激光、宇宙射线等；•动能：高能粒子轰击、加热等。•目前实验室及工业中用来产生等离子体的方法多为为气体放电的方法。比如，根据驱动源不同分为：••微波、RF、AC等NMCConfidential–DoNotCopy–NMCTraining7等离子体概况等离子体分类按等离子体的产生分类自然等离子体极光，闪电，电离层等广泛存在于宇宙中实验室等离子体日光灯的放电，射频放电实验室人为产生，受控核聚变中的高温等离子体等按等离子体电离程度分类强电离等离子体电离度大于1%日冕、核聚变等弱电离等离子体电离度小于1%低温等离子体等按等离子体温度分类高温等离子体温度在108—109K太阳、受

4、控热核反应过程低温等离子体温度<108K一般部分电离NMCConfidential–DoNotCopy–NMCTraining8等离子体概况等离子体重要参数•基本参数：-粒子密度，电子密度、离子密度、中性粒子密度一般电子密度=离子密度，即为等离子体密度-粒子温度，电子温度、离子温度、中性粒子温度热平衡等离子体内近似相等；非热平衡等离子体内电子温度远高于其他Ne(cm-3)Ng(cm-3)Te(K)Ti(K)Tg(K)电离层1051014300300300低气压放电1010-10131014-1017104300-1K300大气压电弧10141017600060006000核聚变10150>10

5、7>107NMCConfidential–DoNotCopy–NMCTraining9基本知识-等离子体参数空间温度(度)惯性聚变氢弹磁约束星云聚变太阳核心日冕闪电太阳风气体液体霓虹灯星际空间固体极光火焰人类居住环境NMCConfidential–DoNotCopy密度(cm–NMCTraining-3)10等离子体概况等离子体重要参数•其他重要参数：-电离度，α＝ne/ne+ng，在热力学平衡条件下，电离度仅和粒子种类、粒子密度及温度有关-活性粒子数密度，气体分子键断裂形成，直接参与薄膜沉积、刻蚀等工艺过程-德拜长度，等离子体内局部正负电荷不相等形成，重要等离子体判据-等离子体鞘层特征参数，

6、如鞘层厚度、等离子体电位、悬浮电位等，直接影响刻蚀工艺结果NMCConfidential–DoNotCopy–NMCTraining11等离子体概况等离子体重要参数-德拜屏蔽等离子体内部产生的局部电场带电粒子附近的电场，被周围粒子的场“屏蔽”，在一定的空间外显电中性。德拜屏蔽等离子体判据：特征响应时间德拜长度NMCConfidential–DoNotCopy–NMCTraining12等离子体概况等离子体重要参数-等离子体鞘层1在等离子体与器壁或其中的物体表面的交界处，形成的一个电中性被破坏了的薄层等离子体鞘层偏离电中性厚度约为德拜长度的数倍非等离子区域绝缘体表面的鞘层等离子体电位电子电流=离

7、子电流负的悬浮电位绝缘体的表面附着着大量电子NMCConfidential–DoNotCopy–NMCTraining13等离子体概况等离子体重要参数-等离子体鞘层2外加负偏压物体表面的鞘层等离子体电位外加负偏压绝缘体的表面吸引着大量正离子原因：电极有外加负偏压，吸引正离子如果负偏压大于电子温度则排斥电子NMCConfidential–DoNotCopy–NMCTraining14等离子体概况等离