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利用微波电子回旋共振等离子体增强型化学气相沉积(ECR-PECVD)采用一步法直接在K9玻璃上低温沉积制备了多晶硅薄膜.研究了不同实验参数对薄膜沉积的影响,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)等实验分析方法对不同条件下制备的样品进行了晶体结构和表面形貌分析,并讨论了多晶硅薄膜沉积的最佳条件.实验结果表明,玻璃衬底上多晶硅薄膜呈柱状生长,并有一定厚度的非晶孵化层;较高氢气比例和衬底温度有利于结晶,薄膜的结晶率达到了62％;晶粒团簇的最大尺寸约为500nm.     

用SiCl4/H2气源沉积多晶硅薄膜光照稳定性的研究

对以SiH4/H2及SiCl4/H2为源气体、采用等离子体增强化学气相沉积技术制备的非晶硅薄膜和多晶硅薄膜进行了光照稳定性的研究.实验表明,制备的多晶硅薄膜并没有出现非晶硅中的光致衰减现象,其光电导、暗电导在光照过程中没有下降反而有所上升且电导率变化快慢受氢稀释度的制约.多晶硅薄膜的光照稳定性可能来源于高的晶化度及Cl元素的存在.     

用SiCl4/H2气源沉积多晶硅薄膜光照稳定性的研究

对以SiH₄/H₂及SiCl₄/H₂为源气体、采用 等离子体增强化学气相沉积技术制备的非晶硅薄膜和多晶硅薄膜进行了光照稳定性的研究.实验表明，制备的多晶硅薄膜并没有出现 非晶硅中的光致衰减现象，其光电导、暗电导在光照过程中没有下降反而有所上升且电导率 变化快慢受氢稀释度的制约.多晶硅薄膜的光照稳定性可能来源于高的晶化度及Cl元素的存在. 关键词： 多晶硅薄膜 稳恒光电导效应 晶界 光致衰退效应     

氢气稀释比例对多晶硅薄膜微观结构和沉积特性的影响

利用电感耦合等离子体增强化学气相沉积法(ICP-PECVD)直接在普通玻璃衬底上低温沉积多晶硅薄 膜,主要研究了不同氢气稀释比例对薄膜沉积特性和微观结构的影响。采用 X 射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪和 扫描电子显微镜(SEM)表征了在不同氢气比例条件下所制备多晶硅薄膜的微结构、形貌,并对不同条件下样品的 沉积速率进行了分析。实验结果表明：随着混合气体中硅烷比例的增加,薄膜的沉积速率不断增加;晶化率先增 加,后减小;当硅烷含量为4.8%时,晶化率达到最大值67.3%。XRD 和 SEM 结果显示多晶硅薄膜在普通玻璃衬 底上呈柱状生长,且晶粒排列整齐、致密,这种结构可提高载流子的纵向迁移率,有利于制备高效多晶硅薄膜太阳能电池。     

多晶硅薄膜低温生长中的表面反应控制

报道用SiF₄和H₂的间接微波等离子体化学气相沉积方法低温生长多晶硅(poly-Si)薄膜.实验发现,等离子体中的离子、荷电集团对薄膜生长表面的轰击是影响薄膜结晶质量的重要因素之一.通过外加偏压抑制这些荷电粒子的动能是控制表面生长反应、制备高质量ploy-Si薄膜的有效方法.在合适的外加偏压下制备的poly-Si薄膜,氢含量仅约为0.9at%,中心位于520cm^-1的Raman特征峰半高宽约为4.4cm^-1. 关键词： 多晶硅薄膜 低温生长 表面生长反应 外加偏压     

大气压电晕等离子体射流制备氧化钛薄膜

大气压等离子体因具有很多独特优势从而在材料制备和表面工艺领域备受关注.本文利用大气压针-板电晕放电等离子体射流制备氧化钛(TiO_2)薄膜,研究了电晕极性和放电参数对薄膜特性的影响.实验测试了正负电晕等离子体射流的电学性能、发展过程和发射光谱,并对不同条件下制备的TiO_2薄膜进行了表征和分析.结果表明:负电晕等离子体射流制备的TiO_2薄膜表面更均匀而且薄膜中钛(Ti)含量更高.正负电晕等离子体射流制备的薄膜的结合力均优于4.7 N/cm,表面电阻低于10~(10) Ω.此外,发现TiO_2薄膜在基底表面沉积和在气相中成核存在竞争机制,并进一步阐述了电晕放电等离子体制备薄膜的成膜机理和不同极性放电的差异.本文结果将为大气压等离子体制备均匀、致密的功能氧化物薄膜材料提供有益参考.     

螺旋波等离子体制备多种碳基薄膜原位诊断研究

利用自行研制的强磁场螺旋波等离子体化学气相沉积装置(HWP-CVD),通过改变等离子放电参数,实现多种碳基薄膜制备.利用朗缪尔探针、发射光谱以及质谱对Ar/CH_4等离子体放电进行原位诊断;用扫描电子显微镜和拉曼光谱对碳基薄膜进行表征.结果表明:在给定参数下,等离子体放电模式均为螺旋波放电模式;在给定CH_4流量下,等离子体中电子能量分布均足以使甲烷分子离解,并形成含碳活性自由基.通过CH_4流量调整,实现了不同碳基薄膜的制备.研究表明:当等离子体中富含CH和H自由基时,适合类金刚石薄膜生长;当等离子体中富含C_2自由基和少H时,适合垂直石墨烯纳米片生长.根据等离子体诊断和薄膜表征结果,提出了Ar螺旋波等离子体作用下甲烷分子的裂解机理,建立了碳基薄膜的生长模型;验证了Ar/CH_4–HWP在碳基纳米薄膜制备中的可行性,为HWP-CVD技术制备碳基纳米薄膜提供借鉴.     

多晶硅薄膜低温生长中晶粒大小的控制

以SiCl4H2为气源,用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法低温快速沉积多晶硅薄膜.实验发现,在多晶硅薄膜的生长过程中,气相空间各种活性基团的相对浓度是影响晶粒大小的重要因素,随功率、H2/SiCl4流量比的减小和反应室气压的增加,晶粒增大.而各种活性基团的相对浓度依赖于PECVD工艺参数,通过工艺参数的改变,分析生长过程中空间各种活性基团相对浓度的变化,指出“气相结晶”过程是晶粒长大的一个重要因素. 关键词： 气相结晶 多晶硅薄膜 晶粒生长 SiCl4     

螺旋波等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜

利用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术，以SiH4和N2为反应气体进行了氮化硅(SiN)薄膜沉积，并研究了实验参量对薄膜特性的影响.利用傅里叶变换红外光谱、紫外—可见光谱和椭偏光检测等技术对薄膜的结构、厚度和折射率等参量进行了测量.结果表明，采用HWP-CVD技术能在低衬底温度条件下以较高的沉积速率制备低H含量的SiN薄膜，所沉积的薄膜主要表现为Si—N键合结构.采用较低的反应气体压强将提高薄膜沉积速率，并使薄膜的致密性增加.适当提高N2/SiH4比例有利于薄膜中H含量的降低. 关键词： 螺旋波等离子体 化学气相沉积 氮化硅薄膜     

用SiCl4-H2低温沉积多晶硅薄膜微结构的Raman分析

用拉曼散射谱研究以SiCl4 H2 为气源 ,用射频辉光放电等离子体增强化学气相沉积技术 ,在 2 0 0℃低温下沉积多晶硅薄膜的微结构特征 .结果表明 ,薄膜表层包含有大量微晶相的纳米硅晶粒和非晶相的硅聚合物 ,随射频功率增加 ,晶相结构的成分增大 .另一方面 ,深度拉曼谱分布的研究也显示薄膜的晶化度和晶粒尺度随纵向深度的增加逐渐增大 .因此可以认为 ,在多晶硅薄膜生长的最初阶段 ,空间反应过程对低温晶化起重要作用 .     

光谱法研究一种具有渐变折射率的新型等离子体光子晶体

在双水电极介质阻挡放电装置中,在氩气和空气的混合气体放电过程中通过改变气体压强可以得到一种新型等离子体光子晶体。该光子晶体具有四边形的复杂对称结构,包括晶胞中心处的细等离子体柱、四周的等离子体片、等离子体片交叉点产生的等离子体柱和边缘处的粗等离子柱。运用发射光谱法研究了该等离子体光子晶体不同位置处的等离子体状态,通过测量氩原子696.54 nm(2P2→1S5)发射谱线的展宽对比了电子密度,通过氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)发射谱线计算了分子振动温度。实验结果证实,不但晶胞中心处的细等离子体柱、四周的等离子体片、等离子体片交叉点产生的等离子体柱和边缘处的粗等离子柱具有不同的等离子体状态,不同位置处的晶胞中心细等离子体柱也具有不同的等离子体状态。电子密度由大到小排列依次为:4个角上的细等离子体柱(A)、靠近4个边的细等离子体柱(B)、靠近中心的细等离子体柱(C)、边缘处的粗等离子体柱(D)、等离子体片交叉点产生的等离子体柱(E)、四周的等离子体片(F)。分子振动温度的变化规律与电子密度相反。由于该晶体结构中A、B、C 3处的折射率均不相同,由内向外呈周期性渐变排列,它们和其他位置处不同的等离子体状态构成了具有渐变折射率的等离子体光子晶体。     

In Situ Characterisation of Polymer Surfaces and Thin Organic Films in Plasma Processing

In situ sampling techniques are presented for investigation of plasma surface modification of polymers and plasma polymerisation. FTIR spectroscopy (infrared absorption reflection spectroscopy - IRRAS, and attenuated total reflection - ATR) are properly used for characterisation of the changes in the molecular structure of thin polymer films (polystyrene, polyethylene) due to low pressure plasma treatment. The thin films were prepared by dip or spin coating procedures. In the case of plasma polymerisation a novel fibre-ATR technique is applied to investigate the plasma polymerisation process in the plasma bulk. Results are exemplary shown for plasma polymerisation of styrene. Ellipsometric measurements allowed the characterisation of the thin plasma modified top polymer surface layer or thin deposited plasma polymer films by their refractive index and thickness. It was shown that the applied surface plasmon ellipsometry is very sensitive with respect to the usual ellipsometry for investigation of polymer surface modification. The in situ microgravimetry by means of electronic vacuum microbalance permitted to measure the change of the sample mass in the order of 1 μg during the plasma treatment. The first steps in plasma modification (concurrence between the incorporation of plasma particles and the material etching) were studied.     

复杂结构自组织等离子体光子晶体光谱研究

利用双水电极介质阻挡放电装置,在气体放电中产生了一种由放电丝自组织形成的复杂结构等离子体光子晶体。该晶体结构由许多四边形的晶胞组成,每个晶胞包括大点、两种不同的小点和线,分别对应粗等离子体柱、两种细等离子体柱和等离子体片。采用发射光谱法,对不同位置处的等离子体状态进行了研究,对比了其电子密度和分子振动温度。具体方法是通过氩原子696.54 nm(2P₂→1S₅)的发射谱线测量谱线展宽进而对比电子密度,通过氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线计算分子振动温度。结果发现：四种不同位置的等离子体具有不同的电子密度和分子振动温度,即它们各自处于不同的等离子体态。电子密度按照降序排列顺序依次为：中心粗等离子体柱四周的细等离子体柱、粗等离子体柱、边缘处的等离子体片、等离子体片交叉点处的细等离子体柱;分子振动温度的变化趋势与电子密度相反。由于等离子体电子密度不同,对光的折射率也不同,因此在该晶体结构中,粗等离子体柱、两种细等离子体柱以及等离子体片具有不同的折射率,它们和周围未放电的区域自组织形成具有五种折射率的复杂结构等离子体光子晶体。该等离子体光子晶体易于产生,具有结构多样、分析简单的优点,具有广泛的应用前景。     

Plasma Focusing for High-Energy Beams

We analyze the self-focusing effect of a relativistic electron or positron beam traversing through a thin slab of plasma in a linearized fluid theory, and show that the effect is very strong. The idea of employing this effect for a plasma lens suggested by Chen is then reviewed. The self-focusing force can be made uniform over the length of the beam by injecting an appropriate precursor. Computer simulations on both thin and thick plasma lenses are presented, which show reasonable agreement with theoretical predictions.     

等离子体闪光法识别薄膜损伤的误判消除方法

传统的等离子体闪光法,是根据探测器是否接收到来自薄膜样片周围发射的闪光信号,对薄膜是否发生损伤进行评判,这样的评判方法极易把空气与薄膜的等离子体闪光混淆而发生误判。为了消除这种误判,提出通过比较空气和薄膜各自的等离子体闪光的点燃时间,利用两者时间上的差异,实现对传统等离子体闪光法误判现象的消除方法。为了验证新方法的可靠性,借助于多光子吸收和级联电离理论,建立了空气等离体子体点燃时间的计算模型,根据薄膜与激光的相互作用原理建立了薄膜被击穿时的等离子体点燃时间计算模型,利用建立的模型仿真计算了空气和薄膜的等离子体闪光点燃时间分别为1.856和7.843 ns;搭建实验装置以实现对传统等离子体闪光法的更新,在装置中的不同位置设置三个光电探测器分别采集入射激光信号、空气和薄膜等离子体闪光信号,采集入射激光信号的光电探测器置于聚焦透镜的侧面,另外两个探测器位于薄膜样片周围且左右对称放置,分别用于采集薄膜的等离子体闪光信号和空气的等离子体闪光信号,所有光电探测器采集的信号转换为电信号后同步传输至示波器,以入射激光信号为基准信号,其与空气和薄膜等离子体闪光信号的起始时刻之差,分别为空气和薄膜等离子体闪光点燃时间。脉宽为10 ns、波长为1 064 nm的Nd∶YAG脉冲激光以0.015 cm的聚焦光斑半径、82.4 mJ的入射能量作用于光学厚度为λ/4、直径为20 mm的单层Al₂O₃薄膜样片上后,采集上述激光作用条件下的各路信号,经处理后得到的空气和薄膜的等离子体闪光点燃时间测试值分别为2.7和7.8 ns;理论计算和实验测试结果表明,空气的点燃时间总是小于薄膜的点燃时间,二者有很好的一致性。说明当强激光作用于单层Al₂O₃薄膜表面时,空气等离子体闪光先于薄膜等离子体闪光发生。基于空气和薄膜等离子体闪光点燃时间上的这种差异,利用闪光信号时间上的差别就可准确分辨出薄膜是否发生损伤,从而获得识别薄膜损伤与否的判据,这种从时间差异上识别薄膜等离子体闪光损伤的新方法,无论从理论上还是实验上均为传统等离子体闪光法误判现象的消除提供了技术基础。     

Influence of direct current plasma magnetron sputtering parameters on the material characteristics of polycrystalline copper films

Physical vapor processes using glow plasma discharge are widely employed in microelectronic industry. In particular magnetron sputtering is a major technique employed for the coating of thin films. This paper addresses the influence of direct current (DC) plasma magnetron sputtering parameters on the material characteristics of polycrystalline copper (Cu) thin films coated on silicon substrates. The influence of the sputtering parameters including DC plasma power and argon working gas pressure on the electrical and structural properties of the thin Cu films was investigated by means of surface profilometer, four-point probe and atomic force microscopy.     

Quasi-adiabatic compression of a plasma column by a longitudinal magnetic field

Approximate 1.5-dimensional MHD equations are derived that describe the quasi-adiabatic compression of a thin plasma column by a longitudinal magnetic field. The parameters of the compressed plasma are obtained analytically as functions of the initial conditions and longitudinal field. The stability of plasma compression against the Rayleigh-Taylor instability is investigated. It is shown that, in the Z-Θ-pinch geometry, increasing the longitudinal magnetic field makes it possible to achieve radial compression ratios of 20–30 without violating the cylindrical symmetry of the column. The possibility of thermonuclear ignition in a thin plasma column in a Z-Θ-pinch configuration is studied. The ranges of the initial plasma densities and temperatures and the initial lengths of the plasma column that are needed to achieve ignition in a plasma compressed by a factor of 20–30 are determined. The parameters of the electromagnetic energy source required to achieve such a high plasma compression are estimated.     

铟锡氧化物薄膜表面等离子体损耗降低的研究

本文采用直流磁控溅射方法在普通浮法玻璃基底上制备了立方多晶铁锰矿结构的铟锡氧化物(indium tin oxide, ITO)薄膜,并对其进行了结晶性、表面粗糙度、紫外-可见吸收光谱、折射率、介电常数及霍尔效应的测试.研究了溅射时基底温度的改变对于ITO薄膜的光电、表面等离子体性质的影响.随着基底温度由100?C升高至500?C,其光学带隙(3.64—3.97eV)展宽,减少了电子带间跃迁的概率,有效降低了ITO薄膜的光学损耗.与此同时,对应ITO薄膜的载流子浓度(4.1×10~(20)-—2.48×10~(21)cm~(-3))与迁移率(24.6—32.2 cm~2·V~(-1)·s~(-1))得到提高,电学损耗明显降低.     

Quantum and geometric effects on the symmetric and anti-symmetric modes of the surface plasma wave

The propagation of the surface quantum plasma waves is investigated in a thin quantum plasma slab. The symmetric and anti-symmetric dispersion modes of the quantum surface wave are obtained by the plasma dielectric function with the kinetic dispersion model for the slab geometry. The quantum mechanical and slab geometric effects on the symmetric and anti-symmetric modes are also discussed.     

等离子增强原子层沉积低温生长GaN薄膜

采用等离子增强原子层沉积技术在低温下于单晶硅衬底上成功生长了Ga N多晶薄膜,利用椭圆偏振仪、低角度掠入射X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对薄膜样品的生长速率、晶体结构及薄膜成分进行了表征和分析.结果表明,等离子增强原子层沉积技术生长Ga N的温度窗口为210—270?C,薄膜在较高生长温度下呈多晶态,在较低温度下呈非晶态;薄膜中N元素与大部分Ga元素结合成N—Ga键生成Ga N,有少量的Ga元素以Ga—O键存在,多晶Ga N薄膜含有少量非晶态Ga_2O_3.