D5的ECR放电等离子体质谱研究

合集下载

氯苯d5定量离子和辅助离子

氯苯d5定量离子和辅助离子氯苯d5是一种标记化合物，其中的氢原子都被稳定性同位素氘（D）取代。

由于氘相对于氢的质量更重，氯苯d5在质谱中的信号强度较高，因此可以用来定量分析样品中的氯苯化合物。

在氯苯d5的定量分析中，常用的方法是质谱分析。

质谱仪可以将化合物分子中氢原子被氘取代的分子离子（M+D）和其他氢同位素的分子离子（M+H）区分开来，并测量其相对丰度。

通过比较氯苯d5的信号强度和待测样品中氯苯化合物的信号强度，可以计算出样品中氯苯化合物的含量。

除了氯苯d5的定量分析，辅助离子在质谱分析中也起着重要的作用。

辅助离子是在质谱分析中加入的一种化合物，它可以与待测样品中的目标化合物发生化学反应，生成特定的离子。

这些离子在质谱仪中具有特定的质荷比，可以用来定量分析样品中目标化合物的含量。

辅助离子的选择要根据待测样品的性质和分析要求来确定。

常用的辅助离子包括甲酸钠、醋酸铵等。

以氯苯d5为例，可以选择甲酸钠作为辅助离子。

甲酸钠与氯苯化合物反应生成甲酸酯离子，这些离子具有特定的质荷比，可以用来定量分析样品中氯苯化合物的含量。

在质谱分析中，辅助离子的浓度和选择都需要进行优化。

浓度过高会导致离子过多，影响质谱仪的分析性能；浓度过低则可能无法产生足够的离子信号。

选择合适的辅助离子可以提高目标化合物的离子产率和检测灵敏度。

氯苯d5是一种常用的定量分析标记化合物，可以通过质谱分析来测量样品中氯苯化合物的含量。

在质谱分析中，辅助离子的选择和优化也是非常重要的。

通过合理选择辅助离子和优化分析条件，可以提高定量分析的准确性和灵敏度，为科学研究和实际应用提供可靠的数据支持。

ECR新型低温等离子体技术及应用

高，微波的吸收率高达９％以上；３无内电极放电无污染；对５（）
射捌恼显
ｌ
●
●
（）４低温下激发的高密度活性基有利于高温材料的低温合成。
图２是两种常用的紧凑型和延长型ＥＲ等离子体放电装Ｃ置。由于电子回旋共振只发生于局部空间区域，共振区的等其
社．０６２０
２ＥＲ等离子体应用Ｃ
ＥＲ等离子体的诸多优点使得其在等离子体微细干法刻Ｃ蚀、等离子体辅助化学气相沉积、材料表面处理等方面具有广泛的应用前景。
．
【李效白．离子体微细加工技术的新进展ｆ．空科学与技１】等Ｊ真１
历ｅ
对应磁场强度在８５ａｓ７Ｇｕｓ附近。电子在此处将回旋共振吸收微波能量，能量运动电子与中性气体粒子发生碰撞将产生碰高
×
（）凑型ａ紧
撞电离、子离解和粒子激活，分从而实现等离子体放电和获得
虑艄 ■
因
本文主要介绍目前得到广泛研究与应用的电子回旋共振等离子体的放电原理以及其工业应用价值。
１ＥＲ等离子体放电原理Ｃ
图１ＥＲ等离子体产生示意图。当磁场中电子的回旋是Ｃ运动频率ｆ．Ｏ＝．＿等于的Ｔ模式微波的２５ＭＨ频率时，二Ｅ４０ｚ

微波ECR等离子体探针检测的研究与设计的开题报告

微波ECR等离子体探针检测的研究与设计的开题报告一、研究背景等离子体技术在现代物理学中有着广泛的应用，其在纳米技术、核能、光电技术等领域均有重要作用。

其中，微波电子回旋共振（ECR）等离子体是目前应用最广泛的等离子体之一。

微波ECR等离子体源被广泛应用于精细加工、表面改性和纳米制造等领域。

然而，在微波ECR等离子体源的设计和制造中，检测等离子体参数的探测器是至关重要的组成部分。

传统的等离子体探测器主要通过观测激发的发光或吸收相应的辐射来间接测量等离子体的参数，但其存在对等离子体造成破坏，并且对参数的探测精度不高的问题。

因此，设计一种直接测量等离子体参数的探测器对于微波ECR等离子体的研究和应用具有重要的意义。

二、研究目的本研究旨在设计一种能够直接测量微波ECR等离子体参数的探测器，通过对其基本原理和研究方法的探究，为微波ECR等离子体的制造和应用提供支持。

三、研究内容与步骤1. 文献调研：搜集有关微波ECR等离子体的基本原理、探测器的种类及其特点等方面的资料，查阅有关文献，深入了解现有研究成果和问题。

2. 探测器设计：根据微波ECR等离子体的参数需要，设计一种能够测量等离子体密度、温度和离子能量分布等参数的探测器。

3. 制造和测试：使用气体放电装置对制造出的探测器进行性能测试，在不同等离子体参数下进行探测器的实际应用测试，验证其可行性和准确性。

四、预期成果和意义本研究预期设计出一种直接测量微波ECR等离子体参数的探测器。

通过探测器的研究和设计，可以提高微波ECR等离子体的制造和应用的精度和可靠性。

同时，这种新型探测器可以为等离子体的研究提供良好的探测工具，对该领域的发展具有重要的意义。

ecr 等离子体解离二氧化碳

ecr 等离子体解离二氧化碳ECR (电子循环共振) 是一种高频电磁波加热技术，可用于解离二氧化碳 (CO2) 等离子体。

本文将介绍ECR技术的原理、应用和优势。

一、ECR技术原理ECR技术利用高频电磁波与等离子体中的电子发生共振，进而加热等离子体，提高其能量，从而实现解离。

在ECR装置中，等离子体通常由电子、离子和中性粒子组成，其中电子是主要的能量携带者。

ECR技术主要包括以下几个步骤：1. 提供高频电磁波：通过微波源产生高频电磁波，并通过波导传输到ECR装置中。

2. 电磁波与等离子体共振：高频电磁波在ECR装置中形成一个磁场，与等离子体中的电子发生共振，加速电子的运动。

3. 电子加热等离子体：共振加速的电子与等离子体发生碰撞，将能量传递给等离子体，使其温度升高，从而实现解离二氧化碳等反应。

二、ECR技术应用1. 化学合成：ECR技术可用于化学合成过程中的二氧化碳解离，提供反应所需的离子能量，加速反应速率，提高产物纯度。

2. 环境保护：二氧化碳是温室气体的主要成分之一，ECR技术可用于二氧化碳的解离和转化，从而减少温室气体排放，并探索二氧化碳的再利用途径。

3. 能源开发：ECR技术可用于氢能源的生产，通过解离二氧化碳获得氢气，作为清洁能源的替代品，减少对传统化石燃料的依赖。

三、ECR技术的优势1. 高效能量传递：ECR技术通过共振加速电子，实现了高效能量传递给等离子体，提高了解离效率。

2. 温和反应条件：ECR技术在解离过程中对反应体系施加的热量较小，可以避免一些传统热解反应中的副反应和能量损失。

3. 环境友好：ECR技术可利用二氧化碳等废弃气体进行解离，减少了对环境的污染，并有助于实现废物资源化利用。

ECR技术是一种利用高频电磁波加热等离子体的技术，可用于解离二氧化碳等反应。

它具有高效能量传递、温和反应条件和环境友好等优势，适用于化学合成、环境保护和能源开发等领域。

随着对清洁能源和环境保护的需求不断增加，ECR技术有望在未来得到更广泛的应用和发展。

ECRIT等离子体特性数值模拟分析

ECRIT等离子体特性数值模拟分析
贺亚强;耿海;吴先明;王紫桐;孙新锋;吴辰宸;蒲彦旭
【期刊名称】《航天器工程》
【年(卷),期】2024(33)2
【摘要】针对航天器推进系统电子回旋共振离子推力器(ECRIT)电离效率易受放电室结构参数和工作参数影响,主要技术参数之间存在耦合不能单独优化的问题,文章采用多物理场仿真软件开展数值模拟,利用自适应函数细化电子回旋共振(ECR)区网格法提高仿真精度,探究不同磁路结构参数、工质气体、天线构型、微波功率对ECR推力器性能的影响规律,使电子在ECR区能够获得最大能量,经部分试验验证(微波输入功率和工质气体对放电影响),结果表明:磁环间距、内磁环-波导小端面距离和磁体高度对ECR区的分布影响较大,磁体宽度的影响较小;氙气的电子数密度高于氩气;L型天线电子密度和功率沉积高于杆天线;电子数密度和碰撞功率损耗随着入射微波功率增大而增大,可为ECR推力器设计提供参考。

【总页数】11页(P84-94)
【作者】贺亚强;耿海;吴先明;王紫桐;孙新锋;吴辰宸;蒲彦旭
【作者单位】兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】V439
【相关文献】
1.电感耦合等离子体离子源气体温度特性数值模拟分析
2.面向等离子体部件沉积特性的数值模拟研究
3.2cm电子回旋共振离子推力器离子源中磁场对等离子体特性与壁面电流影响的数值模拟
4.不同介质下氦DBD等离子体特性数值模拟
5.大气压双频Ar/O_(2)放电等离子体特性的数值模拟
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

液相隔膜辉光放电等离子体自由基发射光谱研究

度。
１实验部分
１．１仪器与试剂
Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅＬＤＧＤｐｌａｓｍａ
数字显示型直流电源（０～１０００Ｖ，Ｏ～Ｏ．５Ａ，北京大华
收稿日期：２０１２ — ０８ — ２４，修订日期：２０１２ — １２ — ０５
基金项目：国家自然科学基金项目（５１００８２６２，１１００５０１４），中央高校基本科研业务费专项资金项目（２０１１ＪＣ０１６）和中国科学院城市环境与健康重点实验室开放基金项目（ＫＩＪＵＥＨ２Ｏ１１Ｏ４）资助作者简介：刘永军，１９７８年生，大连海事大学环境科学与工程学院副教授
液相隔膜辉光放电等离子体自由基发射光谱研究
刘永军Ｈ，孙冰卜，王蕾
１１６０２６
１．大连海事大学环境科学与工程学院，辽宁大连
２．厦门理工学院水资源环境研究所，福建厦门３６１０２４
摘
要
为了更好了解液相隔膜辉光放电等离子体引发的化学反应机理，运用发射光谱法研究了稀硫酸溶
第３３卷，第３期２０１３年３月
光谱
ＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＳｐｅｃｔｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓ

ECR等离子体系统中粒子沿微管传输的研究

位．许多研究者建立了基于粒子两体碰撞模型的经典输运理论，考虑磁场位形影响的新经典理论，但与实验的结果相差甚大．由于等离子体本身非线形现象丰富，要理解诸如反常输运、等离子体湍流等复杂现象，必须要考虑非线形效应，已经成为近十年来等离子体理论研究的重点方向之一．目前对宏观非平衡等离子体的研究较多＿］现代动力学理论主要ｌ．是以玻耳兹曼方程为基础，以各种近似分析方法辅来研究亚稳态的传输现象，运用统计的手段取得了客观的成绩Ｊ近年来，．不断有人用统计方法描述
某些环境参数的变化来使得沿微管表面传输的粒子产生净流动．
１粒子的传输模型
本文仅考虑一个只包含基本元素的简单系统．假设在一个ＥＲ等离子体系统中，一个活跃的布Ｃ有
朗粒子沿着一支微管表面运动，这个粒子受到系统中其余粒子对它的综合性零平均力的作用．为简化研究对象，假设系统中存在一个可以不断变化的磁场，选择用Ｌｎｅｉａｇｖｎ方程来描述该布朗粒子的运动．
华南师范大学学报（自然科学版）
２１０２年８月
Ａｕ．２１ｇ０２
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＣＨＩＨＮＡＮＯＲＭＡＬＵＮＩＶＥＲＳｎＹ
第４４卷第３期
Ｖｏ．Ｎｏ３１４４．
（ＡＵＡＬＳＩＮＥＥＩＩＮ）Ｎ０２０１０４３２１）３—０６００８— ３
ＥＲ等离子体系统中粒子沿微管传输的研究Ｃ
杜金菊，李炜
（．１华南师范大学研究生处，广东广州５０３；．１６１２华南师范大学物理与电信工程学院广东广州５００）１０６

等离子体刻蚀工艺的物理基础

等离子体刻蚀工艺的物理基础一、本文概述等离子体刻蚀工艺，作为一种先进的微纳加工技术，在半导体工业、纳米科学、生物医学以及众多其他高科技领域中发挥着日益重要的作用。

本文将深入探讨等离子体刻蚀工艺的物理基础，以期帮助读者更好地理解这一技术的核心原理和应用价值。

等离子体，作为物质的第四态，具有独特的物理和化学性质，如高活性、高电离度和良好的导电性等。

这些特性使得等离子体在刻蚀过程中具有优异的定向性和可控性，从而能够实现对材料表面的高精度、高效率的刻蚀加工。

本文将从等离子体的基本性质出发，介绍等离子体刻蚀的基本原理和过程，包括等离子体的产生、传输、与材料表面的相互作用等。

同时，我们还将讨论影响等离子体刻蚀效果的关键因素，如等离子体参数、气体种类、刻蚀环境等，并探讨如何优化这些参数以提高刻蚀质量。

本文还将对等离子体刻蚀在不同领域的应用进行概述，包括半导体集成电路制造、微纳器件加工、生物医学材料制备等。

通过对这些应用案例的分析，我们将进一步展示等离子体刻蚀工艺的重要性和潜力。

我们将对等离子体刻蚀工艺的未来发展趋势进行展望，探讨新技术、新材料和新工艺对这一领域的影响和推动，以期为读者提供一个全面、深入的等离子体刻蚀工艺物理基础的认识。

二、等离子体基础知识等离子体，通常被称为物质的第四态（除固态、液态和气态外），是一种高度电离的气体，其中包含大量的正离子和电子，且整体呈电中性。

等离子体的特性使其成为许多先进工艺，包括等离子体刻蚀工艺的重要工具。

等离子体的形成：等离子体可以通过多种方式形成，包括加热气体使其部分或完全电离，或通过施加电场或射频场来激发气体。

在刻蚀工艺中，通常使用射频放电或直流放电来产生等离子体。

电中性：尽管等离子体中包含大量的带电粒子，但由于正离子和电子的数量大致相等，所以整体呈电中性。

高导电性：由于含有大量的可动带电粒子，等离子体具有很高的导电性。

集体行为：等离子体中的粒子行为通常表现出集体性，即大量粒子的行为可以看作是一个整体。

ECR离子源学习总结

读《离子的喷泉——电子回旋共振离子源》张翔2011年8月29日1.离子源的相关基本知识：1.1 离子源概说：原子是由原子核和核外电子构成，当原子核外层电子被剥掉一个或几个，即形成了离子。

被剥离的电子数目称为离子的电荷态。

一台离子源的性能根本上是由电离室（放电室）内等离子体的性质决定的。

而等离子体的性质与下列因素密切相关：周围的磁场和电场分布；放电室表面状况及伴随所发生的相关效应；放电室内工作气压；为加工离子源所涉及到的工艺。

从离子源中引出的离子束必须在真空管道中传输，管道内真空度必须足够好，一般要求它的密度比大气密度的十亿分之一还要小。

否则管道内剩余气体的原子会与离子束的离子“碰撞”，使离子从剩余气体的原子中俘获电子而损失掉。

从离子源中喷射出来的离子并不都是沿着平行于管道中心轴线运动，而是与中心轴线成一定的夹角，也就是说，从离子源中出来的离子有一定的发散度，如果没有外界力的作用使其改变方向，则随着传输距离的增加，许多离子就会打到管壁上损失掉。

在这一点上，离子束与光束很类似，为了防止发散，都需要利用透镜聚焦束流。

聚焦透镜一般都是利用电场或磁场使带电粒子在横向受一定的作用力，从而迫使带电粒子靠近中心轴线。

离子源系统一般是由：放电室，引出部分，聚焦透镜，分析选择器，和测量部分组成。

其中分析选择器是用于筛选不同同位素和电荷态离子的，与以前学的速度选择器不同。

1.2 离子的产生：我们知道，当原子中的电子从外界获得能量时，可以从低能级跃迁到高能级，这种原子称为受激原子。

当这种能量大到一定数值时，原子中的外层电子就可逃脱原子核的束缚，变成自由电子。

我们称这种情况的原子被电离成自由电子和正离子。

原子被电离的方法有很多，可以通过电子与原子的碰撞（将电子的动能部分地转移给原子，使其激发，物理机制是量子力学的内容）；原子和原子的碰撞；光子对原子的作用；电子或离子作用在固体表面；固体电极表面电场非常强时，也会由表面释放出电子，产生电离。

ECR源强流高电荷态离子束四维发射度研究

ECR源强流高电荷态离子束四维发射度研究本论文针对ECR离子源引出束流横向相空间耦合以及Afterglow脉冲离子束流品质研究的需求,首次成功研制了第一台适用于ECR离子源引出能量范围的Pepper Pot发射度测量仪,用于获取离子源引出束流的横向四维发射度。

研究的内容主要包括三个方面:（1）Pepper Pot发射度测量仪PEMiL（Pepper Pot Emittance Meter in Lanzhou）总体研制以及数据处理程序开发;（2）PEMiL结果校验;（3）ECR离子源引出束流横向相空间耦合研究以及Afterglow脉冲离子束流品质研究。

Pepper Pot发射度测量仪作为横向四维发射度测量装置,优势在于测量时间短,理论上可直接获取短脉冲粒子束的瞬时发射度。

针对ECR离子源引出束流的特性以及本论文研究需求,本论文PEMiL的主体部分采用单次测量构型。

在本论文PEMiL总体研制过程中,首次使用KBr晶体粉末代替闪烁体成像,成功解决了束流光斑重叠问题;另外,通过光学研究,实验分析发现反射镜表面平整度是造成横向相空间分布畸变的主要原因,并通过将反射镜表面平整度提高至百微米量级,成功解决了相图不准确的问题。

论文首次自主开发了一套数据处理程序,用于分析处理束流图像数据。

实验调试结果表明本论文Pepper Pot发射度测量仪性能稳定,理论上可用作束流品质研究的测量装置。

Pepper Pot发射度测量仪对外部参数较为敏感,测量结果往往具有不确定性。

而离子源束流低能传输段另一种常用的发射度测量装置-Allison发射度测量仪,虽然由于工作机制的限制,不能直接用于束流横向四维发射度的测量,但是Allison发射度测量仪系统误差通常小于10%,测量结果非常接近实际值。

论文首次将Allison发射度测量仪获取的束流横向二维相椭圆参数作为参考,实验分析验证PEMiL发射度测量结果与参考值之间的差异,最终分析结果表明论文PEMiL横向二维相椭圆参数结果相对于参考值之间的差异最大不超过20%,最小仅为4%。

药物分析中的电感应耦合等离子体质谱研究

药物分析中的电感应耦合等离子体质谱研究随着现代科技的发展，药物领域的研究也越来越深入。

药物分析是药物研发与质量监控的关键环节之一，其中电感应耦合等离子体质谱技术（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，简称ICP-MS）在药物分析中具有重要的应用价值。

本文将介绍药物分析中的电感应耦合等离子体质谱研究的应用、原理以及未来发展趋势。

一、电感应耦合等离子体质谱技术综述电感应耦合等离子体质谱技术是一种综合利用质谱和等离子体技术的分析方法，其特点是高灵敏度、高选择性和高分辨率。

通过将样品中的药物分子离子化并加速，利用质谱仪中的磁场进行分离和检测，可以实现对样品中各种药物成分的定量和定性分析。

二、药物分析中ICP-MS的应用1. 药物质量控制制药行业需要对药物的质量进行严格控制，ICP-MS可以快速准确地测定药物中微量重金属元素的含量，如汞、铅、砷等。

这些重金属元素对人体健康有害，药物中含量不得超过国家标准，ICP-MS可以帮助生产商确保产品的质量安全。

2. 药物代谢和分布研究药物在人体内的代谢和分布情况是评价药物疗效和安全性的重要指标之一。

通过将样品与不同的标记物结合，并使用ICP-MS进行检测，可以实现对药物在体内的代谢和分布情况的研究。

这对于进一步了解药物的药代动力学特性以及寻找新的药物靶点具有重要意义。

3. 药物残留检测食品中的药物残留是一个普遍存在的问题，ICP-MS可以实现对药物残留的快速检测。

通过将样品中的药物分离并离子化，利用ICP-MS进行定量分析，可以保障食品的安全性，避免药物残留对人体健康产生不良影响。

三、ICP-MS的原理及仪器配置ICP-MS技术是通过使用高频电感应耦合等离子体发生器将样品离子化，再利用质谱进行质量分析。

在ICP发生器中，样品与高温等离子体相互作用，被电离成为带正电荷的离子。

离子经过加速器进入质谱仪，通过磁场的作用进行分离，并通过检测器进行信号接收和分析。

气体放电等离子体及应用的研究进展

气体放电等离子体及应用的研究进展石峰;王昊【摘要】由于气体放电在材料处理、热核聚变、环境净化以及等离子体推力器等各个前沿科学领域中具有广泛的应用.为了推动气体放电及等离子体理论与应用技术的研究和发展,综述了近年来各种典型气体放电机理的发展.分析了直流辉光放电、介质阻挡放电、大气压辉光放电、电子回旋共振放电、容性耦合射频放电的国内外研究现状,最后介绍了气体放电等离子体的应用领域.%Gas discharge is the main way to produce low temperature plasma,and exists widely in people's daily life. Its development has a great impact on the development of high-tech economy and the transformation of traditional indus-tries.In this paper,the classification and principle of gas discharge,the conditions of dischargeand Characteristics of gas discharge plasma are described.Finally,the application fields of gas discharge plasma are introduced.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2018(024)002【总页数】6页(P80-85)【关键词】气体放电;直流放电;射频放电;介质阻挡放电;容性耦合射频放电;等离子体应用【作者】石峰;王昊【作者单位】河南理工大学物理与电子信息学院,河南焦作454000;河南理工大学物理与电子信息学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】O530 引言在自然状态下，气体通常处于绝缘状态，但是在外加电场时，气体分子就被电离成电子和离子，因此，气体放电是产生低温等离子体的主要方式[1]。

新型低温等离子体技术及应用

广东技术师范学院学报（自然科学）2010年第1期Journal of Guangdong Polytechnic Normal University No ．1，2010新型低温等离子体技术及应用王春安闫俊虎（广东技术师范学院，广东广州510665）摘要：等离子体尤其是低温等离子体由于其一系列特殊的性质，广泛应用于薄膜沉积、微电路干法刻蚀、材料表面改性等方面。

本文介绍了目前经常采用的几种新型低温等离子体技术，电子回旋共振（ECR ）等离子体、射频感应耦合（ICP ）等离子体、以及螺旋波（HWP ）等离子体。

这几种等离子体由于无内电极放电无污染、等离子体密度高、能量转换率高、电离度高等优点必将在传统工艺的基础上得到更广泛的应用。

关键词：低温等离子体；ECR 等离子体；ICP 等离子体；HWP 等离子体中图分类号：O 434.14文献标识码：A文章编号：1672-402X （2010）01-0022-04收稿日期：2010-01-16作者简介：王春安（1982-），女，内蒙古牙克石人，广东技术师范学院电子与信息学院助教，研究方向：凝聚态物理学。

0引言大量的粒子在热激发、光激发、电激发下会产生电离，形成由离子、电子、自由基、及中性粒子组成的空间体系，当带电粒子密度达到其建立的空间电荷足以限制其自身的运动时，这种电离气体就成了等离子体.等离子态体的基本性质在于它的准电中性，即等离子体中的正电粒子数和负电粒子数相当.在等离子体内，电子和离子质量的巨大差导致存在两种不同的温度（能量），如果电子温度远大于离子温度，既电子温度在104K 以上，而重粒子的温度却可低至几百K ，这种等离子体称为低温非平衡等离子体.低气压低温等离子体由于其一系列特殊的性质，在材料表面改性、等离子体溅射和化学气相沉积薄膜、等离子体清洗、微电路干法刻蚀等方面有更广泛的应用［1-4］.本文主要介绍目前得到广泛研究与应用的几种新型低温低气压辉光放电等离子体，即电子回旋共振ECR 等离子体等离子体(ECR:Electron Cyclotron Resonance)、射频感应耦合等离子体（ICP ：InductivelyCoupled Plasma ）、螺旋波等离子体(HWP:Helicon Wave Plasma).1电子回旋共振等离子体电子回旋共振（ECR ）是指在磁场中受洛伦兹力作用作回旋运动的电子，在磁场强度为875Gauss 处它的回旋频率和沿磁场方向传播的右旋极化微波频率2450MHz 相等，电子在微波电场中将被不断同步加速而获得的能量大于离子获得的能量，使得即使在接近常温下，如果在两次碰撞之间电子共振吸收微波的能量大于气体粒子的电离能、分子离解能或某一状态的激发能，那么将产生碰撞电离、分子离解和粒子激活，从而实现等离子体放电和获得活性反应粒子，形成高密度的ECR 低温等离子体.ECR 等离子体有如下的优点：1.等离子体密度高，约有1010～1012cm -3；2.离子能量低，避免了离子轰击造成的材料表面损伤和缺陷的产生；3.无内电极放电无污染；4.磁场约束，减少了等离子体与器壁的作用；5.放电气压低，约有10-2-10-1Pa ；6.能量转换率高，电离度高（>10%），对微波的吸收率高达95%以上；7.低温下激发的高密度活性基有利于高温材料的低温合成.上述优点使得ECR 等离子体在等离子体微细干法刻蚀、等离子体辅助化学气相沉积、材料表面处理等方面具有广泛的应用前景［5,6］.ECR 等离子体化学气相沉积（ECR-PECVD ）采用ECR 等离子体辅助，充分利用磁场对等离子体的定向输运和约束，以及离子轰击能低、等离子体密度大的优点来在样品台附近获得大量的等离子体活性自由基，实现需要高温生长条件薄膜的低温沉积，克服了薄膜在生长过程中因高温造成晶格热失配而产生的晶格缺陷和裂痕，保证了高质量薄膜的生长.这一工艺有效弥补了目前常用的基于直接加热分解技术的有机金属化学气相沉积(MOCVD)方法生长薄膜温度高、工艺复杂、成本高的不足［7］.如图1是两种常用的紧凑型和延长型ECR等离子体放电装置，延长型ECR产生装置主要由BJ22波导管、两组环形对称励磁线圈、共振腔、反应室、样品台、真空系统、配气系统等组成.TE10微波通过石英耦合窗馈入共振腔中，在共振层处电子回旋共振吸收微波能量产生高密度ECR等离子体，在磁场梯度的作用下等离子体向下级扩散至整个反应室空间.样品台放置在反应室下游区位置，在这一区域没有磁场影响且等离子体均匀分布，薄膜生长，材料表面改性等均可以在这一区域完成.如Fu S L等人采用ECR-PECVD工艺，在T=4500C低温下制备出了GaN薄膜［8］.2射频感应耦合等离子体射频感应耦合(ICP)等离子体源的早期研究始于20世纪初Thomson和Townsend，以及Wood等开创性的工作，但当时的工作气压还在几百帕，且等离子体产生尺度范围还很窄而得不到广泛的应用.直到最近的10年，低压、高密度大直径的ICP等离子体源才在生产中得到使用［9,10］.图2是目前流行的两种不同RF射频感应耦合等离子体装置.一种是圆筒型，即射频耦合天线螺旋缠绕在柱形放电管（通常是绝缘石英管）周围，一种是平面型，即射频耦合天线同心螺旋放置在放电管的顶部，射频能量通过天线耦合到放电管中，产生高密度均匀的ICP等离子体［7］.ICP等离子体产生原理是通过匹配网络将13.56MHz射频功率加到螺旋线圈天线上产生射频磁通，射频磁通在真空圆筒形容器内部轴向感生射频电场，真空容器中的电子被感生电场加速，被电场加速的电子与气体分子剧烈频繁碰撞，使气体分子被激发、电离及离解而形成ICP 等离子体.ICP等离子体除了具有ECR等离子体的无内电极放电无污染，等离子体密度高（~1010c m-3）等特点外，成本低的优势使得其应用范围更广泛.ICP等离子体增强气相沉积（ICPECVD）是化学气相沉积技术的一种，其基本原理是将射频放电的物理过程和化学气相沉积相结合，利用ICP等离子体裂解反应前驱物.如制备高硬度、耐高温耐腐蚀的Si3N4薄膜［11］.ICP等离子体的另一个主要工业应用就是等离子体干法刻蚀，特别是反应离子刻蚀（RIE）.ICP等离子体干法刻蚀能够克服湿法刻蚀严重的钻蚀效应及各向同性的缺点，具有选择性、各向异性等特点，广泛应用于高集成度的微电子学集成电路的设计当中.如采用Cl2等离子体对p-GaN薄膜进行干法刻蚀［12］.另外，ICP等离子体还广泛应用于辅助磁控溅射、电子束蒸发工艺中，作为离子源来增强反应条件以及降低反应温度.3螺旋波等离子体螺旋波(helicon)是一种在与磁场平行的等离子体柱中传播的哨声波模式，利用一种环绕于玻璃或石英管外壁的天线与磁化等离子体中的右旋极化波的共振，可以非常有效地通过朗道吸收加热电子，产生高密度螺旋波（HWP）等离子体［13］.它最早在1960年由Aigrain提出来.20世纪70年代初，Boswell等人第一个在0.2Pa、0.045T约束磁场条件下，获得了等离子体高达1012cm-3、中性原子完全电离的HWP 等离子体.1985年，F.F.Chen［14］对HWP等离子体的产生机制提出了理论解释，认为螺旋波是通过朗道阻尼的方式加热电子的，这一提法得到了Shoji［15］和Boswell［16］等人实验的验证并得到人们的普遍接受.螺旋波是通过朗道阻尼的方式将能量传输给电子的，因此要求射频天线能很好地将射频能量耦合传递给螺旋波，所以天线的尺寸并不是任意的.螺旋波的传输模式决定于天线的结构.图3是一种螺旋波激发等离子体源装置，图4是常用的天线结构.与ICP等离子体相比，HWP等离子体虽然同样采用射频源激励，但增加了个外磁场，这个外磁场与ECR等离子体的磁场相比强度要小的多.与其他的等离子体相比，HWP等离子体的优点有：1、具有非常高的等离子体密度以及电离效率，在10-1Pa量级放电气压下等离子体密度达到1013cm-3，比ECR等离子体高一个数量级；2、HWP等离子体装置相对简单但等离子体的稳定性、易操作性优良.作为一种新的低气压、高密度等离子体源,螺旋波等离子体在超大规模集成电路工艺，微机械加工，薄膜材料制备，材料表面改性以及气体激光器等方面有广泛的应用前景.日本、美国、澳大利亚等国都在对它进行了长期的、大量的研究，而国内最近10年才开展了这方面的研究［17,18］.4结束语微加工工艺、超大规模集成电路以及半导体薄膜器件日新月异的发展，对低温等离子体技术提出了更高的要求.本文介绍的ECR等离子体、RF-ICP等离子体、HWP等离子体等离子体，是目前受到广泛研究并具有巨大工业应用潜力的低温等离子体放电技术.ECR、RF-ICP、HWP新型等离子体具有的共同特点是：电磁波激发、低气压放电、无内电极、等离子体密度高、能量转化率高.不同之处主要在于放电原理的不同：ICP是射频感应电场作用、ECR是电子回旋共振、HWP是朗道阻尼.另外，ECR采用微波激励和强磁场约束，放电面积大、等离子体密度均匀，但设备较复杂和昂贵.ICP和HWP虽然都是射频放电，但HWP加了一个弱磁场，HWP等离子体装置相对简单但等离子体的稳定性、易操作性优良.这三种低温等离子体技术在工业应用方面的优势和魅力在于等离子体自加热条件下就能获得反应所需要的活性粒子.这是传统的直接加热方式的高温化学工艺手段所无法实现的，这种根本上的优势将会微电子加工工业带来革命性的变化以及无限的商机.参考文献：［1］孟月东,钟少锋,熊新阳.低温等离子体技术应用研究进展［J］.物理,2006,35（2）:140-146.［2］李定，陈银华等.等离子体物理学［M］.北京：高等教育出版社,2006.［3］菅井秀郎等.离子体电子工程学［M］.北京：科学出版社, 2001.［4］Fu Silie,Chen Junfang,Li Yun,et al.Optical emission spectroscopy of electron cyclotron resonance-plasma enchanced metalorganic chemical vapor deposition process for deposition of GaN film［J］.plasma science&technology.2008,10(1):70-73.［5］徐新艳,汪家友,杨银堂,等.微波ECR等离子体刻蚀系统［J］.真空科学与技术,2002，22（5）：385~388.［6］Chiang M J,Lung B H,Hon M.H.Low-pressure deposition of diamond by electron cyclotron resonance microwave plasma chemical vapor deposition［J］.Journal of Crystal Growth, 2000,211：216-219.［7］Itagaki Naho,Ueda Yoko,Ishii Nobuo,et al.Production of low electron temperature ECR plasma for plasma processing ［J］.Thin Solid Films,2001,390:202-207.［8］Fu Silie,Chen Junfang，Zhang Hongbin，et al.Characterizations of GaN film growth by ECR plasma chemical vapor deposition［J］.Journal of Crystal Growth, 2009,311:3325-3331.［9］李效白.等离子体微细加工技术的新进展［J］.真空科学与技术,2000,20(3):179－186.［10］Paranjpe A P.Modeling an inductively coupled plasma source［J］.J.Vac.Sci.Technology.1994,12(4):1221－1224.［11］樊双莉,陈俊芳,吴先球等.直管式反应室感应耦合等离子体技术制备氮化硅薄膜研究［J］.华南师范大学学报(自然科学版),2004,4:66-69.［12］吕玲,龚欣,郝跃.感应耦合等离子体刻蚀p-GaN的表面特性［J］.物理学报，2008，57（2）：1128-1132.［13］Boswell R W,Chen F F.Helicons—The Early Years[J].IEEE Transactions on Plasma Science，1997,25(6):1229-1244.［14］Chen F ndau damping of helicon wsaves[J].Australian National University Report ANU-PRL IR85/12,1985.［15］Komori A,Shoji T,Miyamoto K,et al.Helicon Waves and Efficient Plasma Production［J］.Phys.Fluids B,1991,B3(4): 893-898.［16］Ellingboe A R,Boswell R W.Capacitive,in ductive and helicon-wave modes of operation of a helicon plasma source ［J］.Phys.Plasma,1996,3:2797-2799［17］江南,王珏,凌一鸣.螺旋波等离子体的实验研究［J］.真空科学与技术,2000,20（3）:207-209.［18］房同珍.螺旋波激发等离子体源的原理和应用［J］.物理, 1999,28（3）:162-167.Introduction to New Low-Temperature Plasmas and Their ApplicationsWANG Chunan YAN Junhu（Guangdong Polytechnic Normal University,Guangzhou510665,China)Astract:Plasmas，especially low-temperature plasmas have been widely applied to depositing thin films,dry etching,and modifying material surface.This paper introduces several new types of plasma,including electron cyclotron resonance plasma,inductively coupled plasma and helicon wave plasma.These types of plasmas have great potential application in industry.Key words:low-temperature plasmas;ECR;ICP;HWP。

质子束ECR源研制

质子束ECR源研制近年来，强流ECR(Electron Cyclotron Resonance)离子源因其体积小、寿命长、束流强度高、光学特性好、性能稳定等优点，逐渐受到人们的青睐。

本文计划研制一台强流质子束ECR源，该质子源将作为氘离子源的原型，为正在研制的6.0×1012n/s强流中子发生器提供强流氘离子束，以期能够达到设计要求产生足够强度的中子束流，进一步拓宽中子发生器的实验研究范围。

本文首先对ECR离子源的基本原理、主要结构和相关性能参数进行了较为详细地介绍。

在此基础之上，重点研究了微波传输系统和引出系统的相关性质。

在微波传输系统的研究过程中，根据阻抗匹配理论，并借助CST模拟软件，得到了三段双脊波导的优化设计模型，同时根据相关文献给出了微波窗的设计模型。

在引出系统的研究过程中，借助SIMION模拟软件，得到了引出系统各电极参数对引出束流特性的影响规律，在此基础之上，给出了三电极引出系统的初步设计方案。

关键词：电子回旋共振；阻抗匹配；引出系统；束流发射度第一章绪论离子源是用来产生离子束的装置，它被广泛地应用于原子物理、核物理、粒子物理、等离子体物理以及固体表面物理等领域。

然而，传统的离子源（双等离子体离子源、潘宁离子源等）工作寿命短、不耐腐蚀、束流强度不高等缺点，给现代科学研究带来了一系列问题。

人们迫切需要一种性能更加优良的离子源。

ECR离子源因其无极、耐腐蚀、寿命长、束流强度大、气耗量小、性能稳定等优点，越来越受到人们的关注。

1.1 ECR离子源的发展与现状早在上世纪60年代末，法国的Geller 等人就已开始了一对磁镜ECR离子源的实验研究[1]。

自ECR离子源诞生以来，它的发展主要经历了3个阶段：单磁镜的单电荷态阶段；min-B磁场结构的高电荷态阶段；短脉冲高电荷态阶段[2]。

然而早期的ECR离子源电功率消耗极大，这限制了它的应用及发展。

为了解决这一问题，同时出现了两种方法，一种是比利时Louvain-la-Neuve、美国MSU 以及西德Julich和Karlsruhe等研究中心使用的超导技术；另一种是法国Grenoble、美国Berkeley和Oak Ridge等研究中心使用的永磁技术[3]。

等离子体光谱诊断实验报告-推荐下载

等离子体光谱诊断姓名：谢新华学号：PB09203247实验题目：光谱诊断Ar ECR等离子体实验目的：1.了解ECR放电；2.利用等离子体发射光谱分析等离子体中成分，同时利用Ar谱线展宽计算电子温度和密度；3.相邻谱线强度计算电子温度。

实验原理：A．ECR放电：当电子在磁场中回旋频率与微波频率相同时，电磁波就可以与回旋电子发生共振相互作用，从而电子能够获得电磁波能量，产生等离子体。

其中，生成的等离子体的极限密度可以用公式：n c(m‒3)≤0.012f2来计算。

B．成分分析：不同原子的发射谱线中存在特征谱线，可以根据发射光谱中存在的分立的线状特征谱分析等离子体中存在的成分。

C．电子温度和密度：理想的线谱是极细的线状，但是由于发射原子并不是孤立的，存在与其他原子的相互作用，导致谱线存在展宽。

在高密度等离子体中，发射原子与同类原子相互作用，造成共振展宽。

而低密度、稀薄等离子体中，辐射原子与非同类原子之间相互作用引起洛伦兹展宽。

与带电粒子相互作用则引起斯塔克展宽。

此外，辐射离子的无规则运动或者是非热运动还会造成多普勒展宽。

一般情况下，当仪器展宽可以忽略时，只需要考虑多普勒展宽和斯塔克展宽。

多普勒展宽和原子或离子的温度有关：∆λ=7.68×10‒5λKT iM(nm)斯塔克展宽则是洛伦兹型的展宽，与电子的密度相关：N e=2.5×1014(∆λα1 2)32D．相邻谱线强度比计算电子温度和密度：如果等离子体处于局部热平衡，即电子分布满足麦氏分布，同时各能级上电子分布满足波尔兹曼分布以及带电粒子密度复合沙哈方程（即此时等离子体激发温度等于电子温度），那么就会有以下关系：本实验中使用光薄模型，对于相同电离态下的不同能级跃迁：KT e =ℎc(E 2‒E 1）ln （I 1I 2×v 2A 2g 2v 1A 1g 1)其中，E 为电子跃迁能级差，I 为谱线相对强度，v 为谱线对应频率，A 为跃迁几率，g 为刚特因子。