本文選題：a-C:H薄膜　切入點(diǎn)：等離子體診斷　出處：《中國(guó)工程物理研究院》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：輝光放電碳?xì)渚酆衔?a-C：H)薄膜的原子序數(shù)低、應(yīng)力小,具有良好的紅外光透過性,有利于靶丸內(nèi)氘氚冰層的紅外加熱。并且其為非晶的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),避免了晶體的各向異性與晶界�；谏鲜鰞�(yōu)點(diǎn),a-C：H薄膜成為了我國(guó)激光慣性約束聚變靶丸首選的燒蝕層材料。激光慣性約束聚變碳?xì)浒型柙诒砻娲植诙扰c缺陷控制方面有著極其苛刻的要求。碳?xì)浒型铓邮遣捎秒姼旭詈陷x光放電等離子體聚合技術(shù)制備的,目前,針對(duì)碳?xì)浒型璞砻嫒毕莸目刂埔殉蔀榘型柚苽浼夹g(shù)的瓶頸難題。單純通過碳?xì)錃又苽涔に噮?shù)的優(yōu)化來改善靶丸表面形貌會(huì)因影響參數(shù)多、相互關(guān)聯(lián)強(qiáng),變得工作量極大、過程復(fù)雜,十分困難。需要對(duì)a-C：H薄膜的生長(zhǎng)過程與缺陷形成機(jī)理開展深入研究。由于a-C：H薄膜沉積過程本質(zhì)上即為含有活性基團(tuán)的等離子體與基底之間的相互作用過程,a-C：H薄膜的生長(zhǎng)與等離子體組分和狀態(tài)參數(shù)密切相關(guān)。要想突破a-C：H薄膜表面粗糙度的控制難題,就須對(duì)a-C：H薄膜生長(zhǎng)過程中的等離子體特性開展研究,為優(yōu)化a-C：H薄膜制備工藝參數(shù)提供理論指導(dǎo)。在制備碳?xì)浒型铓拥妮x光放電聚合制備裝置中,常采用圓柱形與圓錐形石英管作為等離子體產(chǎn)生腔室。為了深入分析兩種放電腔室對(duì)a-C：H薄膜生長(zhǎng)過程的影響規(guī)律,本論文使用質(zhì)譜和探針相結(jié)合的診斷方法,研究了兩種放電腔室中等離子體狀態(tài)的差異,分析了兩種放電腔室制備出的a-C：H薄膜在結(jié)構(gòu)、性能和沉積速率等方面存在的差異及其原因。基于對(duì)等離子體的原位診斷,研究了射頻功率與工作氣體流量比對(duì)等離子體組分與狀態(tài)的影響,闡述了不同射頻功率與氣體流量比下的等離子體狀態(tài)與涂層表面形貌的內(nèi)在聯(lián)系,為a-C：H薄膜的制備工藝優(yōu)化提供了理論依據(jù)。本論文開展的具體工作主要包括以下幾個(gè)方面：簡(jiǎn)述了a-C：H薄膜作為燒蝕層材料在激光慣性約束聚變中的作用與意義,通過對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析,明確了我國(guó)在制備a-C：H薄膜方面的差距,以及我國(guó)目前在a-C：H薄膜制備領(lǐng)域所存在的問題。針對(duì)這些問題提出了解決方案,并陳述了本文的研究?jī)?nèi)容。詳細(xì)介紹了制備a-C：H薄膜所采用的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)與成膜原理。同時(shí)對(duì)郎繆爾探針與質(zhì)譜這兩種在線的等離子體診斷技術(shù)的工作原理作了簡(jiǎn)要闡述,并對(duì)本論文中所涉及到的表征方法作了介紹。開展了圓柱形與圓錐形兩種放電腔室中Ar等離子體的物理特性研究,分析了圓錐形放電腔室更利于制備出性能優(yōu)異的a-C：H薄膜的原因。使用探針對(duì)低氣壓下兩種放電腔室中的等離子體特性進(jìn)行徑向空間診斷,討論了在非局域性電子動(dòng)力學(xué)下兩種放電腔室中等離子體參數(shù)的分布情況。針對(duì)不同的放電氣壓,研究了兩種放電腔室在電子加熱機(jī)制轉(zhuǎn)變和電子動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變過程中的放電特性。研究表明：圓錐形腔室的等離子體密度徑向空間均勻性更好。同時(shí),隨放電氣壓升高,在兩種放電腔室中都觀察到EEPFs從Maxwell分布轉(zhuǎn)變?yōu)轭怐ruyvesteyn分布,表明加熱機(jī)制由電子隨機(jī)加熱轉(zhuǎn)變?yōu)闅W姆加熱。在所有氣壓下,圓錐形腔室中電子密度均高于圓柱形。開展了圓柱形與圓錐形兩種放電腔室中等離子體的離子組分與能量分布研究。針對(duì)兩種放電腔室,在不同射頻功率下的氫氣放電,采用了質(zhì)譜和探針兩種方法對(duì)氫等離子體進(jìn)行了診斷分析,研究了兩種腔室中等離子體的離子組分、離子能量和狀態(tài)參數(shù)(等離子體電勢(shì)、電子能量、密度等)的異同,并進(jìn)一步分析了等離子體狀態(tài)差異對(duì)薄膜生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明：相對(duì)于圓柱形腔室,圓錐形放電腔室中離子基團(tuán)的裂解程度更高,等離子體對(duì)射頻功率的響應(yīng)更加穩(wěn)定,等離子體密度略高。開展了基于a-C：H薄膜在生長(zhǎng)過程中等離子體狀態(tài)的原位診斷,射頻功率和T2B/H2氣體流量比對(duì)a-C：H薄膜生長(zhǎng)過程中的等離子體狀態(tài)、薄膜的沉積速率、化學(xué)組分、官能團(tuán)結(jié)構(gòu)、表面形貌以及粗糙度的影響規(guī)律的研究。深入分析了不同射頻功率與不同T2B/H2氣體流量比下a-C：H薄膜的生長(zhǎng)過程。研究發(fā)現(xiàn)：較小的射頻功率導(dǎo)致離子二次聚合發(fā)生的幾率更大,易形成多碳的碳?xì)浠鶊F(tuán)。射頻功率增大,碳?xì)淦坞x化程度更高,小分子碳?xì)淦蔚目涛g效應(yīng)更為顯著。高能的碳?xì)淦螌?duì)薄膜表面的轟擊是a-C：H薄膜“凹狀”缺陷形成的主要原因。在射頻功率為30W、T2B/H2氣體流量比為0.6：10的工藝參數(shù)下,獲得了具有最小均方根粗糙度的a-C：H薄膜。最后,就本論文的研究工作作了總結(jié),并對(duì)下一步工作進(jìn)行了展望。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O484.1

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本文編號(hào)：1557137