【摘要】：容性耦合射頻放電被廣泛地應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域,如等離子體清洗和薄膜沉積等。目前,等離子體是微電子制造業(yè)不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。在實際應(yīng)用中,刻蝕與沉積的效率和質(zhì)量在很大程度上取決于等離子體的特性和等離子體的工作參數(shù)。等離子體特征是由外部參數(shù)決定的,如驅(qū)動功率、壓強、位形以及工作氣體特性等。在空間和時間尺度上都展現(xiàn)了豐富的非線性物理化學現(xiàn)象,給深入了解放電中的物理機理帶來了很大的困難。數(shù)值模擬研究可以在等離子體源的設(shè)計上提供幫助,使其可以更有效、更經(jīng)濟地應(yīng)用于工業(yè)中。本文主要針對實際中真實位形的容性耦合射頻放電過程中復雜的物理化學過程進行模擬,旨在開發(fā)一維流體模型,研究容性耦合射頻放電參數(shù)對等離子體特性,特別是電子加熱機理的影響。在本文的第1章中,我們首先簡要的回顧了低氣壓容性耦合射頻氬氣放電研究的背景、最新進展、面臨的挑戰(zhàn)以及面臨的問題。在第2章里,基于漂移擴散近似,我們詳細地介紹了具有對稱幾何位形的氬氣中低氣壓容性射頻放電的一維流體模型。這一模型并且。對如何選擇和確定參數(shù)做了總結(jié),也對模擬的數(shù)值方法給出了介紹。在第3章中,基于氬容性耦合射頻放電的一維流體模擬結(jié)果,重點研究了驅(qū)動頻率變化對等離子體參數(shù)的影響,如密度、電子加熱和低壓電子溫度等。模擬結(jié)果如下:通過改變驅(qū)動頻率分別為3.39、6.78、13.56和27.12MHz,比較了周期平均的電場、電子溫度、電子密度和電勢。討論了驅(qū)動頻率分布為3.39、6.78、13.56和27.12MHz時周期平均的電子壓強冷卻、歐姆加熱和電子能量損失。結(jié)果表明,電子密度和達到收斂所需的模擬時間隨驅(qū)動頻率的增加而增加。然后,在不同時刻對電子的凈吸收功率進行了分析,并將其分成歐姆加熱、傳導熱通量以及由于非彈性碰撞引起的能量耗散等過程。在早期,由于歐姆加熱,凈吸收功率在鞘層邊緣處呈現(xiàn)局部最大值。在接下來的時間中,凈吸收功率在中心處達到峰值。這是因為,一旦電子密度達到足夠高的值,對流和能量耗散起著顯著的作用。在第4章中,重點研究了中性氣體壓強對低氣壓容性耦合射頻氬氣放電中等離子體特性的影響。結(jié)果表明,強電場加速了鞘層中的電子,從而導致了更多的歐姆加熱。而強電場則可以是由于氣體壓力增大時在體等離子體區(qū)中的弱電子對流引起的。因此,在鞘層和體等離子體區(qū)之間的邊界中,存在著耗散的峰值。并且凈功率吸收的峰值在體等離子體區(qū)域中增長。在第5章中,隨著增加驅(qū)動頻率,得到了鞘層內(nèi)強調(diào)制的電場。因此,電子在鞘層中被加速到高能狀態(tài),并在體等離子體區(qū)中產(chǎn)生電離,這最終導致電子密度的增加和鞘層寬度的減小。最后,本學位論文的主要結(jié)果和未來工作展望給在了第6章。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O461

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本文編號：2803805