介质靶表面的充电效应对等离子体浸没离子注入过程中鞘层特性的影响

针对等离子体浸没离子注入技术在绝缘体表面制备硅薄膜工艺，采用一维脉冲鞘层模型描述介质靶表面的充电效应对鞘层厚度、注入剂量及靶表面电位等物理量的影响.数值模拟结果表明：随着等离子体密度的增高，表面的充电效应将导致鞘层厚度变薄、表面电位下降以及注入剂量增加，而介质的厚度对鞘层特性的影响则相对较小. 关键词： 等离子体浸没离子注入 脉冲鞘层 绝缘介质 充电效应     

表面凹陷对等离子体浸没离子注入均匀性的影响

利用二维流体模型和数值计算方法模拟了等离子体浸没离子注入（ＰⅢ）Ｋ ,具有圆弧凹槽的平面靶周围的鞘层扩展情况,计算了鞘层扩展过程中的电热分布、离子速度和离子密度变化获得了沿靶表面的离子入射角度和注入剂量的分布情况,为等离子体浸没离子注入处理复杂形状靶提供了理论基础。     

脉冲电压上升沿对He大气压等离子体射流管内放电发展演化特性的影响

通过仿真和实验相结合的手段,以直流脉冲电压驱动的双环电极结构He大气压等离子体射流为例,研究了电压上升沿时间对管内放电等离子体发展演化特性的影响.随着电压上升沿的改变,管内介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)区出现空心和实心两种放电模式.上升沿为纳秒和亚微秒量级时,以空心模式发展,上升沿持续增加后转变为实心模式.放电模式本质上受鞘层厚度、管内电场和表面电荷密度分布的影响,鞘层厚度小于1.8 mm时等离子体通常以空心模式传播,等于1.8 mm时等离子体的径向传播范围有限而转变为实心传播.管内DBD区,电场以轴向分量为主时,等离子体以放电起始时的模式传播;而在地电极内部,由于外施电场方向发生径向偏转,同时管壁沉积的正电荷形成径向自建电场,两者叠加形成的强径向电场致使放电以空心模式传播.     

等离子体源离子注入鞘层时空演化的研究

本文使用流体动力学模型，研究了平板、柱形和球形靶的无碰撞及碰撞等离子体鞘层的时空演化，得到了鞘层边界演化、靶表面的离子注入电流密度和离子注入平均动能等参量。     

轴承滚珠等离子体浸没离子注入过程的数值模拟

 利用轴对称PIC模型对轴承滚珠等离子体浸没离子注入（PIII）过程进行了数值模拟，对归一化电势的扩展情况进行了研究。在滚珠批量处理过程中，为了避免相邻滚珠周围鞘层的相互重叠对注入均匀性造成不良影响，对滚珠在靶台上摆放的最小距离进行了数值计算，计算结果表明：在电压为－40kV, 氮等离子体密度为4.8×10⁹ cm^-3，脉冲宽度为10μs时，滚珠摆放的最小距离应大于34.18cm。分析了滚珠圆周方向注入剂量的分布情况，针对静止滚珠改性处理后剂量分布很不均匀的问题，通过旋转靶台使滚珠注入均匀性明显得到改善。利用朗谬尔探针测量了滚珠周围鞘层扩展的情况测量，模拟结果和实验测量结果相吻合，最大相对误差小于8.4 %。     

等离子体源离子注入鞘层随时空演化的数值模拟

在等离子体源离子注入装置中(PSⅡ),靶被直接放入均匀等离子体源中,并在其上加负高压脉冲,从而使靶的周围形成了一个只存在离子的等离子体鞘层,离子以较高速度注入靶中。利用冷流体方程和泊松方程组成的非线性方程组对一维平面几何鞘层时空演化过程进行数值模拟,所采用的负高电势脉冲波形为方波和梯形波,得到了电子密度、离子密度、电势分布的时空演化曲线,并首次对梯形波下降沿时间内鞘层时空演化作了详细讨论。     

空心圆管端点附近等离子体源离子注入过程中鞘层的时空演化

等离子体源离子注入过程中，鞘层的演化规律直接影响到离子注入到材料中的深度进而影响材料表面的性质和结构，对材料的不同部位这种影响是不同的.利用无碰撞两维流体动力学模型，研究了有限上升时间的电压脉冲作用下，共轴放置附加零电极的半无限空心圆管端点附近等离子体源离子注入过程中，鞘层的时空演化规律.通过计算得到了鞘层内随时间变化的电势分布和离子密度分布，计算了端点附近材料表面处的离子流密度分布和注入剂量分布随时间的变化规律.计算机模拟结果显示了空心圆管内部、外部及端点表面处的离子流密度分布和注入剂量分布存在很大差异.     

等离子体鞘层中尘埃粒子的分布特性

采用柱槽状电极的流体模型，数值模拟了等离子体鞘层及鞘层中尘埃粒子的分布结构. 研究了尘埃粒子数、粒子大小、电极尺寸等因素对尘埃分布结构的影响. 研究表明：当等离子体密度较高时，鞘层较薄，反之鞘层较厚；当尘埃粒子数少时，尘埃分布形成一层结构，反之则形成多层结构；随电极尺寸的不同，尘埃粒子形成一些复杂而又有趣的结构. 关键词： 尘埃粒子 等离子体鞘层 电极     

电子温度对霍尔推进器等离子体鞘层特性的影响

采用二维粒子模拟方法研究了霍尔推进器通道中电子温度对等离子体鞘层特性的影响, 讨论了不同电子温度下电子数密度、鞘层电势、电场及二次电子发射系数的变化规律. 结果表明: 当电子温度较低时, 鞘层中电子数密度沿径向方向呈指数下降, 在近壁处达到最小值, 鞘层电势降和电场径向分量变化均较大, 壁面电势维持一稳定值不变, 鞘层稳定性好; 当电子温度较高时, 鞘层区内与鞘层边界处电子数密度基本相等, 而在近壁面窄区域内迅速增加, 壁面处达到最大值, 鞘层电势变化缓慢, 电势降和电场径向分量变化均较小, 壁面电势近似维持等幅振荡, 鞘层稳定性降低; 电子温度对电场轴向分量影响较小; 随电子温度的增大, 壁面二次电子发射系数先增大后减少. 关键词： 霍尔推进器 等离子体鞘层 电子温度 粒子模拟     

衬底偏压对ECR等离子体鞘层和离子行为的影响

介绍了电子回旋共振微波放电等离子体中离子向衬底输运的蒙特卡罗模型,该模型考虑了精确依赖于离子能量的电荷交换和动量转移截面以及中性区与鞘层的衔接。     

半圆形容器等离子体源离子注入过程中离子动力学的两维PIC计算机模拟

利用两维particle-in-cell方法研究了半圆形容器表面等离子体源离子注入过程中鞘层的时空演化规律. 详尽考察了鞘层内随时间变化的电势分布和离子密度分布规律,离子在鞘层中的运动轨迹和运动状态,得到了半圆容器内、外表面和边缘平面上各点离子注入剂量分布规律,获得了工件表面各点注入离子的入射角分布规律. 研究结果揭示了半圆容器边缘附近鞘层中离子聚焦现象,以及离子聚焦现象导致工件表面注入剂量分布和注入角度分布存在很大不均匀的基本物理规律. 关键词： 等离子体源离子注入 鞘层 两维particle-in-cell方法 离子运动轨迹     

增强辉光放电等离子体离子注入的三维PIC／MC模拟

采用三维粒子模拟／蒙特卡洛模型自洽地模拟了增强辉光放电等离子体离子注入过程中离子产生和注入,获得了放电空间的离子总数、电势分布、等离子体密度分布和离子入射剂量等信息．模拟结果表明,5μs时鞘层达到稳定扩展,15μs时离子的产生与注入达到平衡,证实了增强辉光放电等离子体离子注入能在一定条件下实现白持的辉光放电．注入过程中,在点状阳极正下方存在一个高密度的等离子体区域,证实了电子聚焦效应．除靶台边缘外,离子的注入速率稳定且入射剂量均匀．脉冲负偏压提高时注入速率增加但入射剂量的均匀性变差．     

有限尺寸方靶等离子体离子注入动力学的三维粒子模拟研究

采用三维粒子模拟模型研究了有限尺寸方靶等离子体浸没离子注入过程中的鞘层动力学行为,得到了鞘层尺寸和方靶表面的注入剂量、注入能量以及注入角度等信息,并与二维无限长方靶注入结果进行了对比.模拟结果表明,与无限长方靶不同,有限尺寸方靶周围鞘层很快扩展为球形,但鞘层厚度明显减小.在模拟的50ω^-1_pi时间尺度内靶表面注入剂量很不均匀,中心区域注入剂量最小,四个边角附近位置注入剂量最大.这种剂量不均匀性是由于鞘层扩展为球形,使得鞘层内离子被聚焦并注入到边角附 关键词： 等离子体浸没离子注入 数值模拟 三维粒子模拟 有限尺寸方靶     

Two-dimensional particle-in-cell plasma source ion implantation of a prolate spheroid target

A two-dimensional particle-in-cell simulation is used to study the time-dependent evolution of the sheath surrounding a prolate spheroid target during a high voltage pulse in plasma source ion implantation. Our study shows that the potential contour lines pack more closely in the plasma sheath near the vertex of the major axis, i.e. where a thinner sheath is formed, and a non-uniform total ion dose distribution is incident along the surface of the prolate spheroid target due to the focusing of ions by the potential structure. Ion focusing takes place not only at the vertex of the major axis, where dense potential contour lines exist, but also at the vertex of the minor axis, where sparse contour lines exist. This results in two peaks of the received ion dose, locating at the vertices of the major and minor axes of the prolate spheroid target, and an ion dose valley, staying always between the vertices, rather than at the vertex of the minor axis.     

Plasma immersion ion implantation for silicon processing

Plasma Immersion Ion Implantation (PIII) is a technology which is currently widely investigated as an alternative to conventional beam line implantation for ultrashallow doping beyond the 0.15 μm technology. However, there are several other application areas in modern semiconductor processing. In this paper a detailed discussion of the PIII process for semiconductors and of actual as well as future applications is given. Besides the well known advantages of PIII — fast process, implantation of the whole surface, low cost of ownership — several peculiarities — like spread of the implantation energy due to finite rise time or collisions, no mass separation, high secondary electron emission — must be mentioned. However, they can be overcome by adjusting the system and the process parameters. Considering the applications, ultrashallow junction formation by PIII is an established industrial process, whereas SIMOX and Smart‐Cut by oxygen and hydrogen implantation are current topics between research and introduction into industry. Further applications of PIII, of which some already are research topics and some are only investigated by conventional ion implantation, include seeding for metal deposition, gettering of metal impurities, etch stop layers and helium implantation for localized lifetime control.     

等离子体浸没离子注入非导电聚合物的适应性及栅网诱导效应的研究

本文建立了绝缘材料等离子体浸没离子注入过程的动力学Particle-in-cell(PIC)模型, 将二次电子发射系数直接与离子注入即时能量建立关联, 研究了非导电聚合物厚度、介电常数和二次电子发射系数对表面偏压电位的影响规律以及栅网诱导效应. 研究结果表明: 非导电聚合物较厚时, 表面自偏压难以实现全方位离子注入, 栅网诱导可以间接为非导电聚合物提供偏压, 并抑制二次电子发射, 为厚大非导电聚合物表面等离子体浸没离子注入提供了有效途径.     

Influence of ion species ratio on grid-enhanced plasma source ion implantation

Grid-enhanced plasma source ion implantation (GEPSII) is a newly proposed technique to modify the inner-surface properties of a cylindrical bore. In this paper, a two-ion fluid model describing nitrogen molecular ions N_2^+ and atomic ions N^+ is used to investigate the ion sheath dynamics between the grid electrode and the inner surface of a cylindrical bore during the GEPSII process, which is an extension of our previous calculations in which only N_2^+ was considered. Calculations are concentrated on the results of ion dose and impact energy on the target for different ion species ratios in the core plasma. The calculated results show that more atomic ions N^+ in the core plasma can raise the ion impact energy and reduce the ion dose on the target.     

等离子体浸没离子注入制备黑硅抗反射层及其光学特性研究

表面织构是一种有效降低表面反射率、提高硅基太阳能电池效率的方法. 采用等离子体浸没离子注入的方法制备了黑硅抗反射层.分别通过原子力显微镜和紫外-可见-近红外分光光度计对黑硅样品表面形貌和反射率进行分析, 结果发现黑硅样品表面布满了高度为0—550 nm的山峰状结构, 结构层中硅体积分数和折射率随抗反射层厚度增加而连续降低. 在300—1000 nm波段范围内,黑硅样品的加权平均反射率低至6.0%. 通过传递矩阵方法对黑硅样品反射谱进行模拟,得到的反射谱与实测反射谱非常符合.