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微波ECR等离子体

微波ECR等离子体以直流放电等离子体和射频放电等离子体为基础而发展起来的，它是一种低气压、高密度等离子体源，在多方面拥有显著优于直流放电等离子体和射频放电等离子体的特性。

等离子体是一种导电流体。等离子体中存在着大量的带电粒子，在外加电磁场时，带电粒子的运动会受到电磁场的显著影响。一般而言，微波等离子体的放电气压范围在70~1300Pa之间。在不发生碰撞的情况下，电子所获得的能量很少，不足以维持放电现象。微波ECR等离子体是在磁场作用下，放电气体中受微波能量的影响而产生的少量初始电子，受洛伦兹力而发生运动，根据右手螺旋法则，电子绕逆时针方向做回旋运动，即在沿磁场方向作匀速直线运动的同时又环绕磁力线作匀速圆周运动，如图1-1所示。当磁场强度为875Gauss时，电子的回旋频率ωce与沿磁场传播的微波频率ω（2.45GHz）相匹配，电子就会发生共振能量吸收，成为高能电子。这些高能电子会与气体分子发生非弹性碰撞，使之发生电离，进而产生分子离解、碰撞电离和粒子活化，实现微波等离子体放电，获得高密度的低温ECR等离子体。

图 1-1 稳恒磁场中电子的回旋运动示意图

微波ECR等离子体具如下优点：
（1）微波放电时无极放电。能获得纯净的等离子体且密度更高，适用于高纯度物质的处理和制备，且效率更高；
（2）微波ECR等离子体中存在大量长寿命的自由基，甚至在辉光下游区域也存在着数量相当的基态原子、电子激发态分子和振动激发态分子等化学活性物质。这显然为很多反应提供了有利条件；
（3）利用微波电磁场的分布特点，可减少等离子体与放电腔壁的相互作用；
（4）能量转换效率高达，95%以上的微波能量可以转化为等离子体能量；
（5）在低气压下，可获得高密度的等离子体；
（6）微波ECR等离子体的平均粒子能量较低，高能尾翼比麦克斯韦分布短。基片上的离子的等离子体浮置电位较射频电容耦合等离子体低，而且可以实现等离子体的产生和离子能量的控制相对独立。