射频放电等离子体

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2023-08-30

射频放电等离子体一般有两种不同的激发方式，分别为电感耦合和电容耦合，其可在低气压下产生高密度的等离子体。射频等离子体中的电子能量通常可达几个eV甚至更高，可以借助电子的高活性促进反应的进行，且不会对材料本底造成破坏，因此被广泛应用于材料表面改性等领域。

（1）容性耦合等离子体源

射频容性耦合等离子体源（CCP）被广泛应用于半导体掺杂、刻蚀等领域，其基本结构简单，一般由两个分开的平行板所组成，极板上接入外加射频电源。这种等离子体源中驱动电源的频率一般在0.64MHz-160MHz，两极板间隙较小，根据驱动源的数量可分为单频等离子体源、双频等离子体源和多射频源驱动放电。如图1.1a为单频源驱动放电，放电结构为一对平行极板，其中一个极板接射频源，另一个极板接地；图1.1b和1.1c为双频源驱动的放电，两个射频源的频率不同，一般低频源可控制到达极板的离子能量，高频源控制离子通量，两个射频源可同时接入同一个电极，也可以把两个射频源分开接入不同的电极。此外，还有三种不同频率射频源驱动的三频容性放电。在极板间接入射频源后，射频源将在两极板间产生均匀的电场分布，极板间气体中游离的电子由于质量较轻，可以响应高频电磁场的变化，通过不断吸收电场能量并与气体分子碰撞而电离产生新电子，进一步产生等离子体。

图1.1 容性耦合等离子体示意图

（2）感性耦合等离子体源

在1884年，Hittorf首次在实验中发现感性放电（ICP），即“无电极的环形放电”。目前在材料的表面处理中普遍采用的感性耦合等离子体源主要有“盘香型线圈”ICP和柱状线圈ICP，两种等离子体源的结构如图1.2所示。在感性耦合放电过程中，当线圈中通入射频电流后会激发出感应电场，电子通过吸收感应电场的能量进一步与气体分子发生碰撞而产生等离子体，这一放电模式被称为感性模式（H模式），其产生的等离子体密度较高。当线圈中通入的射频电流较低时，线圈两端存在较高的电压降，此时的放电主要由静电场来驱动，这一模式称为E模式。当处于E模式时，放电产生的鞘层较厚，电子密度较低，通过调节功率或者电流等参数放电将过渡到H模式，两种模式之间可以相互转化。此外，感性耦合等离子体主要通过介质管将功率耦合给等离子体，在腔室内部不需要高压电极，因此这种放电产生的鞘层电压降很小，可通过调节引出参数来独立控制到达基底的离子通量。通常，为了进一步实现对到达基底离子能量的独立控制，可在基底施加一个负偏压实现。