[發明專利]一種用脈沖調制改善等離子體特性的方法

無效

• 申請號: 201110201567.1
• 申請日: 2011-07-19
• 公開（公告）號: CN102281698A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 張鵬云;孫繼忠;王華強
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于等離子體技術應用領域，涉及一種用脈沖調制改善等離子特性的方法。

背景技術

等離子體技術有著非常廣泛的應用，主要有高溫等離子體和低溫等離子體兩大應用領域。高溫等離子體應用主要是受控核聚變的研究，而低溫等離子體應用涉及的范圍比較廣泛，在薄膜沉積、表面處理、新材料研究，等離子體光源等方面都有重要的應用。在等離子體的應用中，有兩類重要的參數，一類是溫度，包括電子溫度，離子溫度，中性成份溫度等，另一類是密度，包括電子密度，離子密度，工作粒子密度等。這兩類參數相互聯系，相互制約，不同的應用條件下，對這些參數的要求也不同，因此，一個好的有廣泛應用的等離子體設備要求對這些參數的調節要相對獨立，調節范圍要寬，調節操作要簡單。

目前已有的技術是采用雙頻電源系統，一高頻一低頻，綜合來調節等離子體中各成份的溫度和密度，這種設備復雜，造價高昂，匹配網絡之間還互相干擾，效果不理想。

發明內容

本發明提供一種用脈沖調制來改善等離子特性的方法，解決等離子體應用技術中對系統中各種成份的溫度和密度的控制問題。

本發明的技術方案是：一種用脈沖調制改善等離子體特性的方法，本發明的關鍵點是脈沖調制電源。脈沖調制電源是對電源(頻率在2MHz-100MHz區間)進行脈沖調制，就是使電源電壓在一段時間內輸出(電源工作)，下一段時間內不輸出(電源休止)，二者交替進行，即電源工作方式是脈沖的。電源工作期間，產生等離子體，產生等離子體應用所需要的各種成份，電源休止期間，各種成份不再產生，而是以各種途徑消失。調節電源工作和休止的時間，可調節各種成份的產生與消失。

本方法實施時是由脈沖調制電源、電極(由導體或絕緣體材料制成)、穩定和控制放電的匹配網絡、用于等離子體應用的工作介質，即工作氣體或固體以及載氣(如氬氣、氮氣等)及相應的監控部分(質量流量控制，基片的溫度測控等)共同組成一套系統來實施的。

用本方法產生等離子體并應用時，首先在脈沖調制電源的作用下，兩電極間的氣體發生放電，在匹配網絡的調節下，產生穩定的等離子體。其次通過調節調制脈沖，選擇合適的脈沖調制頻率(20Hz-2KHz)和占空比(5-95％)，綜合調制各種成份的溫度和密度，例如在等離子體輔助沉積碳化硅薄膜的例子中，要增加工作成份的密度，可選擇適當的調制頻率和占空比，使電源工作時間在30-50ms。然后在工作介質監控部分的調節下，調節其他放電參數，產生適宜的等離子體進行需要的應用。

本發明的效果和益處是，本發明提出一種用脈沖調制改善等離子體特性的方法，克服了傳統等離子體應用技術中缺乏對等離子體中的各種成份的溫度和密度進行有效控制手段的缺點，可以有效控制等離子體中的各種成份的溫度和密度。本發明用途廣泛，在等離子體應用的各種領域均可應用，可產生巨大的經濟效益。

具體實施方式

以下結合技術方案敘述本發明的具體實施方式。

我們用本方法來沉積碳化硅薄膜。該裝置的工作電源采用脈沖調制的13.56MHz的射頻電源，調制頻率從20Hz-2kHz連續可調，占空比5-95％連續可調；反應室是圓筒形狀，圓筒由玻璃制成，上下兩電極由不銹鋼材料制成，下電極是驅動極，直徑5cm，上電極接地，直徑30cm，中間有一觀察窗，上下電極間距2-10cm可調；基片是硅片，放置在下電極上；工作介質采用硅烷和乙烯，載氣是氬氣，用來沉積碳化硅薄膜。氣壓是20-100Pa，射頻功率是10-100W。對比使用本方法，調制頻率200Hz，占空比70％的情形與不進行調制情形，觀測到，在其他條件相同情形下，對采用本方法的等離子體中有用成份的溫度和密度都比不進行調制的等離子體中的相應成份要高，沉積碳化硅薄膜的速率和薄膜質量也要好很多。