60MHz电容耦合等离子体中电子能量分布函数特性研究

甚高频(频率大于30 MHz)耦合放电源由于能产生大面积高密度的等离子体而受到了人们的广泛关注. 采用电流、电压探针以及朗缪尔探针诊断技术对60MHz射频激发产生的容性耦合等离子体的放电特性及电子行为进行了研究. 实验结果表明,等离子体的等效电阻/电容随着射频输入功率的增加而减小/增加;等离子体中电子行为不仅依赖于射频输入功率,还与放电气压密切相关;放电气压的增加导致电子能量概率分布函数(EEPF)从双温Maxwellian分布向Druyvesteyn分布转变,而且转变气压远低于文献所报道的数值,这主要是由于在60MHz容性耦合等离子体中电子反弹共振加热效率大为降低. 关键词： 甚高频容性耦合等离子体 朗缪尔探针诊断 电子加热模式     

VHF等离子体光发射谱(OES)的在线监测

采用光发射谱(OES)测量技术，对不同制备条件下的甚高频(VHF)等离子体辉光进行了在线监 测.实验表明，VHF等离子体中特征发光峰(Si，SiH,H_α,H^*_β 等)的强度较常规的射 频(RF)等离子体明显增强，并且在制备μc-Si：H的工艺条件下(H稀释度R(H₂/S iH₄)=23 )，随激发频率的增加而增大，这些发光峰的变化趋势与材料沉积速率的变化规律较相似.Si H峰等的强度随气压的变化则因硅烷H稀释度及功率的不同而异：高H稀释(R=23)时，SiH峰强 度在低辉光功率下随反应气压的增大单调下降，在高辉光功率下随气压的变化呈现类高斯规 律；低H稀释(R=5．7)时， SiH峰随气压的变化基本上是单调下降的，下降速率也与功率有 关，这些结果表明，VHF-PECVD制备μc-Si：H和a-Si：H的反应动力学过程存在较大差异.此 外，随着激发功率的增大，Si，SiH峰都先迅速增大然后趋于饱和，并且随着H稀释率的增大 ，将更快呈现饱和现象.通过对OES结果的分析与讨论可知，VHF-PECVD技术沉积硅基薄膜可 以有效提高沉积速率，而且，硅基薄膜的沉积速率的进一步提高需要综合考虑H稀释度、气 压和功率等的匹配与优化. 关键词： 甚高频等离子体化学气相沉积 氢化硅薄膜 光发射谱     

微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体光学与电学特性研究

采用空间分辨光发射谱和傅里叶变换功率阻抗分析仪研究了衬底偏压和辉光功率对微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体光学与电学特性的影响.研究表明：在交流偏压(AC)、悬浮(floating)、负直流加交流(-DC＋AC)偏压下,Hα发射强度空间分布规律相似,平均鞘层长度相等;正直流加交流(＋DC＋AC)偏压和接地(grounded)时Hα发射强度显著增强,并存在双峰(double layers)现象.增大功率,Hα发射强度也随着增大,并在17W与22W之间产生跳变.电学测试发现功率增大,等离子体电阻降低,电抗降低,电 关键词： 等离子体 光发射谱 衬底偏压 辉光功率     

微波氢等离子体的特性

在MPCVD装置中,通过调节微波功率和反应腔压强,使用高分辨率多道光谱仪采集氢气的Hα线.由谱线的多普勒展宽计算得到氢等离子体中的离子温度.结果显示,随着微波功率的增大,离子温度会先升高后降低;随着反应压强的增大,离子温度也先升高后降低.这说明在MPCVD装置中,可以通过调节装置,得到最佳微波能量吸收点.     

氢气、氢气/硅烷等离子体时间分辨光发射谱的研究

为了加深对等离子体增强化学气相沉积的认识,采用增强型电荷耦合器件(ICCD)研究了氢气及氢气/硅烷混合气体在不同气压条件下的时间分辨光发射谱,获得了辉光放电等离子体瞬态微观动力学过程的清晰图像。纯氢气辉光条件下,在一个射频周期内,H_β时间分辨光发射谱出现了4个峰。分析表明其中两个峰是由电子冲浪效应引起,额外两个峰的出现是由瞬时阳极时刻存在额外电场所致。另外,可观察到随着气压的增大,体欧姆加热效应增强。同氢气相比,当硅烷引入后,H_β时间分辨光发射谱由原来4个明显发射峰变成了两个明显发射峰。     

电弧等离子体一维非定常数值模拟

 通过对毛细管内等离子体工作过程的分析给出了电弧等离子体的一维非定常数学模型,以热力学参量描述了非理想条件下等离子体的状态方程和电导率计算方法。利用差分法求解该数学方程组,给出了毛细管内电弧等离子体特征参量在毛细管内沿轴向随时间的变化规律。对数值模拟结果作相应的分析,并将部分模拟结果与实验数据作了比较。     

甚高频等离子体增强化学气相沉积制备微晶硅太阳电池的研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术成功地制备了不同硅烷浓度和辉光功率条件下的微晶硅电池.电池的J-V测试结果表明：在实验的硅烷浓度和功率范围内，随硅烷浓度的降低和功率的加大，对应电池的开路电压逐渐变小；硅烷浓度的不同对电池的短路电流密 度有很大的影响，但功率的影响在实验研究的范围内不是很显著.对于微晶硅电池，N层最好 是非晶硅，这是因为一方面可以降低对电流的横向收集效应，另一方面也降低了电池的漏电概率，提高了电池的填充因子. 关键词： 微晶硅太阳电池 甚高频等离子体增强化学气相沉积     

天体等离子体中铝发射谱线的研究

结合天体等离子体中铝发射谱和某些能级寿命的测量,对束箔光谱技术可为天体物理学研究提供重要信息和重要性进行了简述     

碳纳米管低温氢等离子体的微波吸收特性研究

运用双流体理论,在同时考虑了碳纳米管中低温氢等离子体的电子碰撞吸收和氢离子碰撞吸收的基础上,理论导出了铁催化高压歧化生成的碳纳米管中低温氢等离子体的微波吸收系数公式,数值计算了不同条件下的微波吸收系数.模拟结果表明,铁催化高压歧化生成的碳纳米管中低温氢等离子体对2.45GHz的微波产生强烈吸收.理论结果与实验数据相吻合.     

Discharge characteristic of very high frequency capacitively coupled argon plasma

The discharge characteristics of capacitively coupled argon plasmas driven by very high frequency discharge are studied. The mean electron temperature and electron density are calculated by using the Ar spectral lines at different values of power(20 W–70 W) and four different frequencies(13.56 MHz, 40.68 MHz, 94.92 MHz, and 100 MHz). The mean electron temperature decreases with the increase of power at a fixed frequency. The mean electron temperature varies nonlinearly with frequency increasing at constant power. At 40.68 MHz, the mean electron temperature is the largest. The electron density increases with the increase of power at a fixed frequency. In the cases of driving frequencies of 94.92 MHz and 100 MHz, the obtained electron temperatures are almost the same, so are the electron densities. Particle-in-cell/MonteCarlo collision(PIC/MCC) method developed within the Vsim 8.0 simulation package is used to simulate the electron density, the potential distribution, and the electron energy probability function(EEPF) under the experimental condition.The sheath width increases with the power increasing. The EEPF of 13.56 MHz and 40.68 MHz are both bi-Maxwellian with a large population of low-energy electrons. The EEPF of 94.92 MHz and 100 MHz are almost the same and both are nearly Maxwellian.     

双频容性耦合等离子体相分辨发射光谱诊断

采用相分辨发射光谱法, 对双频容性耦合纯Ar和不同含O₂量的Ar-O₂混合气体放电等离子体的鞘层激发模式进行了探究. 在射频耦合电源上极板的鞘层区域处观察到两种电子激发模式: 鞘层扩张引起的电子碰撞激发模式和二次电子引起的电子碰撞激发模式; 并发现这两种激发模式均受到低频射频电源周期的调制. 在纯Ar放电等离子体中, 两种激发模式的激发轮廓相似; 而在Ar-O₂混合气放电等离子体中, 随着含O₂量的增加, 二次电子的激发轮廓变弱. 此外, 利用相分辨发射光谱法对不同含O₂量的Ar-O₂混合气放电下Ar的 750.4 nm谱线的平均低频电源周期轴向分布进行了研究, 得到了距耦合电源上极板约3.8 mm处为双频容性耦合射频等离子体的鞘层边界. 关键词： 双频容性耦合等离子体 等离子体鞘层 发射光谱     

甚高频等离子体增强化学气相沉积大面积平行板电极间真空电势差分布研究

采用二维准平面电路模型研究了甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)大面积平行板电极间真空电势差分布.计算结果表明：随平行板电极尺寸增加和激发频率提高,电势驻波效应成为影响电极间电势差非均匀分布的重要因素.在尺寸为1.2m×0.8m的大面积平行板电极上应用40.68和60MHz两种激发频率,通过功率馈入点数量和位置优化,计算获得非均匀性分别为±2.5%和±5.5%的真空电势差分布.这些数值计算结果为大面积平行板电极在VHF-PECVD中应用提供了重要的理论指导. 关键词： 二维准平面电路模型 甚高频等离子体增强化学气相沉积 电势驻波效应     

VHF-PECVD低温制备微晶硅薄膜的拉曼散射光谱和光发射谱研究

采用拉曼散射光谱和PR650光谱光度计对VHF-PECVD制备的微晶硅薄膜进行了结构表征和在线监测研究.结果表明：功率对材料的晶化率（χc）有一定的调节作用，硅烷浓度大，微调作用更明显；SiH*的强度只能在一定的范围内表征材料的沉积速率，功率大相应的速率反而下降；I［Hα*］/I［SiH*］强度比值反映了材料晶化程度，此结果和拉曼散射光谱测试结果显示出一致性；I［Hβ*］/I［Hα*］的强度比表明氢等离子体中的电子温度随功率的增大而逐渐降低. 关键词： 甚高频等离子体增强化学气相沉积 微晶硅 拉曼散射谱 光发射谱     

Understanding hydrogen plasma processes based on the diagnostic results of 2.45 GHz ECRIS at Peking University

Optical emission spectroscopy(OES), as a simple in situ method without disturbing the plasma, has been performed for the plasma diagnosis of a 2.45 GHz permanent magnet electron cyclotron resonance(PMECR) ion source at Peking University(PKU). A spectrum measurement platform has been set up with the quartz-chamber electron cyclotron resonance(ECR) ion source [Patent Number: ZL 201110026605.4] and experiments were carried out recently. The electron temperature and electron density inside the ECR plasma chamber have been measured with the method of line intensity ratio of noble gas. Hydrogen plasma processes inside the discharge chamber are discussed based on the diagnostic results. What is more, the superiority of the method of line intensity ratio of noble gas is indicated with a comparison to line intensity ratio of hydrogen. Details will be presented in this paper.     

高气压直流辉光CH4/H2等离子体的气相过程诊断

对高气压(约100 Torr) 直流辉光碳氢等离子体的气相过程进行了光谱和质谱原位诊断. 在高气压下, 等离子体不同区域光发射特性存在明显差异. 正柱区存在着以C₂和CH为主的多个带状谱和分立谱线, 阳极区粒子发射谱线明显减少, 而在阴极区则出现大量复杂的光谱成分, 表明高气压情形下等离子体与阴极间强烈的相互作用将导致复杂的原子分子过程. 从低气压到高气压演变过程中, 电子激发温度降低而气体分子转动温度升高. 在高气压下, 高甲烷浓度导致C₂, C₂H₂及C₂H₄增多而C₂H₆减少. 表明在高气压条件下, 气体温度对气相过程的影响作用显著增强. 关键词： 高气压直流等离子体 光发射谱 质谱     

Electrical and optical characteristics of the radio frequency surface dielectric barrier discharge plasma actuation

Electrical characteristics and optical emission spectrum of the radio frequency(RF) surface dielectric barrier discharge(SDBD) plasma actuation are investigated experimentally in this paper. Influences of operating pressure, duty cycle and load power on the discharge are analyzed. When the operating pressure reaches 30 kPa, the discharge energy calculated from the Charge–Voltage(Q–V) Lissajous figure increases significantly, while the effective capacitance decreases remarkably. As the duty cycle of the applied voltage increases, the voltage–current waveforms, the area of Q–V loop and the capacity show no distinct changes. Below 40 W, effective capacitance increases with the increase of load power, but it almost remains unchanged when load power is between 40 W and 95 W. The relative intensity I_(391.4)~peak/I_(380.5)~peak changes little as the operating pressure varies from 4 kPa to 100 kPa, while it rises evidently with the pressure below 4 kPa, which indicates that the RF discharge mode shifts from filamentary discharge to glow discharge at around 4 kPa. With the increase of load power, the relative intensity I_(391.4)~peak/I_(380.5)~peak rises evidently. Additionally, the relative intensity I_(371.1)~peak/I_(380.5)~peak is insensitive to the pressure,the duty cycle, and the load power.     

微波气体放电等离子体与余辉中的动理学研究

研究了微秒脉冲聚焦微波束气体放电等离子体的动理学过程。数值模型基于自洽求解的微波电场亥姆霍兹方程、粒子连续性方程以及电子能量、气体分子振动能量和平动能量的平衡方程,并与等离子体动理学反应互相耦合。对比了国外报道的近期两项相关实验：次MW级X波段9.4 GHz微波氮气击穿和MW级W波段110 GHz微波大气击穿。在次MW级实验中,计算所得电子激发态N₂(C³Π_u)的数密度与实验所测发射光谱第二正带隙的强度一致;在MW级实验中,模拟结果重复了发射光谱测量所得振动温度和平动温度对放电气压的依赖关系。结果揭示了上述模拟和实验符合的内在物理机制。     

Discharge characteristics in plasma display cell at high frequency

We present the experimental and simulation studies of the glow discharge plasma in a macroscopic AC plasma display panel cell operating at a high frequency. We find that at high frequencies the plasma from the previous pulse has a significant influence on the discharge properties. The xenon excitation efficiency is larger than that at low frequencies.The discharge mode and efficiency at high frequencies have been discussed in this paper.