等离子体与固体表面相互作用原理
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electron cyclotron resonance (ECR) discharges 4、 Atmospheric-pressure discharges
Dielectric barrier discharges (DBD)
1、DC glow discharges
plasma
Anatomy of a Cathode Glow, and Some Observations
Sheath Cathode
-
Glow
Negative Glow
Positive Column
Sheath Anode +
w Photons
This region willrotate if the cathode rotates
Photons
This region willnot rotate with either the anode or the cathode
（2）对于等离子体工艺过程，放电时要不断 进气和抽气。工作气体的密度要改变。
4、时空变化性 空间非均匀性： • 放电装置的空间尺度有限 • 器壁、电极、基片附近的等离子体 空间非均性的宏观体现：扩散、热传导、粘滞等
时间的瞬变性：放电的初期，变化的外电磁场
5、Plasma oscillations
• Capacitive RF discharges were the etching industry standard for years, and are slowly being replaced by inductively coupled plasmas (ICP).
• Inductive coupling: RF current is passed through a conducting coil separated from the plasma chamber by an insulating window
如合成类金刚石薄膜，采用的工作气体为CH4 和H2， 这样形成的Plasma中有：
H ,
H
2
,
H,
H2
C ,
C
2
,
C,
C2
CH
4
,
CH
3
,
CHLeabharlann Baidu
2
,
CH
如利用CF4 进行等离子体刻蚀工艺，Plasma中有：
CF4 , CF3 , CF2 , CF F , F2 C, C
2、荷能性
等离子体中的电子、离子及中性粒子均是携带 能量的。
90 % of the voltage drop occurs just in front of the cathode
2、 Radio-frequency discharges (a) 电容耦合RF
plasma
RF power
(b) 感应耦合
柱状天线耦合的ICP
平面天线耦合的ICP
• Radio frequency (RF) glow discharge plasma source (RFGD): produce a large volume, high density of stable plasma
等离子体物理专业硕士生选修课程
等离子体与固体表面相互作用原理 大连理工大学物理系 2004年2月
Content
Chapter 1: Introduction Chapter 2: Plasma sheaths Chapter 3: Tow-body elastic collisions in solids Chapter 4: Nuclear stopping power Chapter 5: Electronic stopping power Chapter 6: Project-range theory for energetic ions
in solids Chapter 7: Sputtering physics Chapter 8: Secondary electron emission
第一章：引言
一、等离子体特性 1、成分的复杂性
对于等离子体合成薄膜及等离子体刻蚀等工艺过 程，通常采用一些化学活性的气体作为工作气体。这 些气体电离后含有丰富的粒子种类，如电子、离子、 原子、分子、离子团、活性基团及光子。
Langmuir 振荡：是电场力和惯性力共同作用的结
果。
pe
4n0e 2
me
1/ 2
（高斯单位制）
pi
4n0e
mi
2
1/ 2
6、Plasma Screening
在外界扰动下，plasma中要出现电荷分离现象， 产生局域电场。但这种局域电场要受到等离子体的屏 蔽。
Debye Screening:
在低气压等离子体中，电子的温度约为几个电 子伏特，离子和中性粒子的温度约为几百度。但 当在基片上施加偏压时，离子的能量更高，取决 与施加的偏压。
对于电弧等离子体，整体荷能，电子温度和离 子温度均在上万度。
3、开放性
（1）为了维持放电或控制Plasma 的形态， 通常施加外电磁场。如：微波电磁场、射频感 应耦合电磁场、静磁场等。
• A current is induced in the plasma much in the same way as in an air core transformer
• With external electrodes a discharge tube that is made of glass (quartz or borosilicate glass) is used
• RF at 13.56 MHz is a industry-standard for in RFGD’s
3、 Microwave ECR discharges
plasma
三、plasma 的诊断： • “打进去”的方法：探针、微波等方法 • “拉出来”的方法：光谱法（发射光谱、激光诱
de
kBTe
4n0e 2
1/ 2
7、等离子体的基本条件
一个放电系统，要产生plasma的基本条件为：
放电时间：
T
1 pe
放电空间尺度： L De
附加条件：
ND
4
3 Dde
n0
1
二、等离子体源
1、DC glow discharges 2、RF glow discharges
(a) Capacitive coupling; Inductive coupling 3、Microwave discharges
Dielectric barrier discharges (DBD)
1、DC glow discharges
plasma
Anatomy of a Cathode Glow, and Some Observations
Sheath Cathode
-
Glow
Negative Glow
Positive Column
Sheath Anode +
w Photons
This region willrotate if the cathode rotates
Photons
This region willnot rotate with either the anode or the cathode
（2）对于等离子体工艺过程，放电时要不断 进气和抽气。工作气体的密度要改变。
4、时空变化性 空间非均匀性： • 放电装置的空间尺度有限 • 器壁、电极、基片附近的等离子体 空间非均性的宏观体现：扩散、热传导、粘滞等
时间的瞬变性：放电的初期，变化的外电磁场
5、Plasma oscillations
• Capacitive RF discharges were the etching industry standard for years, and are slowly being replaced by inductively coupled plasmas (ICP).
• Inductive coupling: RF current is passed through a conducting coil separated from the plasma chamber by an insulating window
如合成类金刚石薄膜，采用的工作气体为CH4 和H2， 这样形成的Plasma中有：
H ,
H
2
,
H,
H2
C ,
C
2
,
C,
C2
CH
4
,
CH
3
,
CHLeabharlann Baidu
2
,
CH
如利用CF4 进行等离子体刻蚀工艺，Plasma中有：
CF4 , CF3 , CF2 , CF F , F2 C, C
2、荷能性
等离子体中的电子、离子及中性粒子均是携带 能量的。
90 % of the voltage drop occurs just in front of the cathode
2、 Radio-frequency discharges (a) 电容耦合RF
plasma
RF power
(b) 感应耦合
柱状天线耦合的ICP
平面天线耦合的ICP
• Radio frequency (RF) glow discharge plasma source (RFGD): produce a large volume, high density of stable plasma
等离子体物理专业硕士生选修课程
等离子体与固体表面相互作用原理 大连理工大学物理系 2004年2月
Content
Chapter 1: Introduction Chapter 2: Plasma sheaths Chapter 3: Tow-body elastic collisions in solids Chapter 4: Nuclear stopping power Chapter 5: Electronic stopping power Chapter 6: Project-range theory for energetic ions
in solids Chapter 7: Sputtering physics Chapter 8: Secondary electron emission
第一章：引言
一、等离子体特性 1、成分的复杂性
对于等离子体合成薄膜及等离子体刻蚀等工艺过 程，通常采用一些化学活性的气体作为工作气体。这 些气体电离后含有丰富的粒子种类，如电子、离子、 原子、分子、离子团、活性基团及光子。
Langmuir 振荡：是电场力和惯性力共同作用的结
果。
pe
4n0e 2
me
1/ 2
（高斯单位制）
pi
4n0e
mi
2
1/ 2
6、Plasma Screening
在外界扰动下，plasma中要出现电荷分离现象， 产生局域电场。但这种局域电场要受到等离子体的屏 蔽。
Debye Screening:
在低气压等离子体中，电子的温度约为几个电 子伏特，离子和中性粒子的温度约为几百度。但 当在基片上施加偏压时，离子的能量更高，取决 与施加的偏压。
对于电弧等离子体，整体荷能，电子温度和离 子温度均在上万度。
3、开放性
（1）为了维持放电或控制Plasma 的形态， 通常施加外电磁场。如：微波电磁场、射频感 应耦合电磁场、静磁场等。
• A current is induced in the plasma much in the same way as in an air core transformer
• With external electrodes a discharge tube that is made of glass (quartz or borosilicate glass) is used
• RF at 13.56 MHz is a industry-standard for in RFGD’s
3、 Microwave ECR discharges
plasma
三、plasma 的诊断： • “打进去”的方法：探针、微波等方法 • “拉出来”的方法：光谱法（发射光谱、激光诱
de
kBTe
4n0e 2
1/ 2
7、等离子体的基本条件
一个放电系统，要产生plasma的基本条件为：
放电时间：
T
1 pe
放电空间尺度： L De
附加条件：
ND
4
3 Dde
n0
1
二、等离子体源
1、DC glow discharges 2、RF glow discharges
(a) Capacitive coupling; Inductive coupling 3、Microwave discharges