CN101060060A - 一种无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源 - Google Patents
一种无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101060060A CN101060060A CN 200710017858 CN200710017858A CN101060060A CN 101060060 A CN101060060 A CN 101060060A CN 200710017858 CN200710017858 CN 200710017858 CN 200710017858 A CN200710017858 A CN 200710017858A CN 101060060 A CN101060060 A CN 101060060A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grid
- reaction chamber
- electrodeless
- shield shell
- dischargable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
本发明公开了可在低气压条件下工作的无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源，包括射频功率源和与射频功率源相匹配的网络，还包括屏蔽壳体，屏蔽壳体内的中央有放电反应室，放电反应室外壁上环绕射频感应线圈，放电反应室与屏蔽壳体上的反应气体口连通，放电反应室另一端有屏栅、加速栅和减速栅构成的三栅极引出系统，三栅极引出系统前端还安装有偏转极板，屏蔽壳体外还设有中和器。具有无污染、低粒子束能(＜500eV)、束均匀性好(径向束流不均匀性＜±5％)等优点。正常工作本底真空度＜10－4Pa，工作时反应室真空度＜10－2Pa，可用于Ar、N2、O2、NH3、NO等工作气体的离化，气体利用率＞80％。该原子源采用不同引出方式，可在原子源和离子源间切换。
Description
技术领域
本发明属于光学镀膜、半导体薄膜研究和制造等领域，涉及一种光学镀膜、半导体薄膜辅助沉积及材料、器件性能改性的关键设备，特别涉及一种无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源，它是基于脉冲激光沉积或激光分子束外延设备等低气压或高真空系统的辅助部件。
背景技术
等离子束源自20世纪60年代产生以来，被应用于固体表面的注入、微细加工、辅助镀膜等众多工艺中。近年来随着表面和薄膜技术发展，等离子体技术被广泛应用于材料加工、光学辅助镀膜、半导体薄膜辅助生长以及半导体材料和器件改性等领域。目前在工业中采用的等离子束源按有无电极可分为无电极和有电极两类，按起弧方式又可分为直流放电、电容耦合和电感耦合等。等离子束密度、能量等参数具有很好的可调节性，采用离子源可以提高基底与膜层间的结合力、减小薄膜生长的缺陷、提高薄膜的致密度以及改善薄膜的光学、电学性能。
在某些半导体薄膜工艺中(如超晶格结构、量子阱等等)，由于薄膜的厚度小于几十纳米，甚至几纳米，而离子源的粒子束能量至少数千电子伏，如此高能量的粒子束会给薄膜或者器件造成损伤；另一方面，在半导体薄膜的掺杂工艺中，为了提高掺杂原子的活性，也需要离化气体分子，同时又不引入新的杂质，因此，清洁、无污染的宽束、低能离子束/原子束源逐渐成为制备高性能、高质量半导体薄膜和半导体材料改性的必要设备。
现有国内外离子/原子源的本底真空度较低(或者价格比较昂贵)，一般不到10-4Pa，工作气压一般在0.1Pa～10Pa，可应用于镀膜设备、磁控溅射等低真空系统(高气压)中。对于系统为超高真空(本底＜10-4Pa)的半导体设备，如分子束外延、脉冲激光沉积等系统，则难以满足系统正常工作的要求；同时，绝大部分离子源采用内置电极放电，容易对半导体材料造成污染，并且电极消耗会降低离子源使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源，该原子源可在低气压条件下(本底真空＜10-4Pa，反应室真空～10-3Pa)工作。
为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：
一种无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源，包括射频功率源和与射频功率源相匹配的网络，其特征在于：还包括一屏蔽壳体，所述的屏蔽壳体上有冷却水进出管和反应气体口，反应气体口部装有微孔栅极，在屏蔽壳体内的中央有放电反应室，所述的放电反应室的外壁上环绕一定匝数的射频感应线圈，放电反应室一端与屏蔽壳体上的反应气体口连通，放电反应室另一端分别设有屏栅、加速栅和减速栅构成的三栅极引出系统，三栅极引出系统的前端安装有偏转极板，在屏栅、加速栅和减速栅各有引出电压；在屏蔽壳体的外面，还设置有一用于产生中和电子的中和器。
本发明采用无电极射频放电方式，对通入石英或三氧化二铝放电反应室的工作气体进行电离，形成稳定的等离子体；然后采用三栅极引出系统对等离子体进行引出，通过调节三个栅极的引出电压可以获得相应束径和能量的粒子束流；最后通过中和器产生中和电子，使得离子束流成为原子态的原子流或者通过前端偏转极板，消耗正离子和电子，获得中性原子束流。
该原子源的特点是：(1)工作气压低，可在真空度10-3Pa条件下正常起弧；(2)采用无电极放电方式，无污染；(3)采用两种引出系统，可以在原子源和离子源之间任意切换；(4)原子束能量低，可在100～500eV间调节；(5)原子束束径宽，可以达到3英寸(7.62厘米)，束均匀性好，径向不均匀性＜±5％。其主要性能指标都满足低真空系统要求，而且结构简单，成本较低；同时，该原子源还能应用于激光分子束外延(L-MBE)、脉冲激光沉积(PLD)等高真空系统。
该原子源产生原子束为两种实施方式：(1)通过热钨丝中和器产生中和电子，使得离子束流成为原子态的原子束流；(2)通过引出栅极前端的直流偏转电极板，使得离子束流中的正离子和电子耗尽，而获得中性原子束流。
附图说明
图1是本发明的射频原子源工作原理图。
图2是本发明的射频原子源结构图。
图3为本发明三栅极引出系统结构原理图。
图4为微孔引出栅结构图。
图5为本发明在不同引出电压下束流特性曲线。
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
在光学镀膜、半导体薄膜制备和半导体材料及器件改性时，使用原子源能有效地离化反应气体，能明显降低材料本征缺陷，提高薄膜结晶质量和光学、电学性能；另外，采用低能量的原子源离化反应气体，能提高掺杂源的活性，使得掺杂原子获得足够的能量，同时又可以避免离子源能量过高、损伤晶格的缺点，得到理想的掺杂型半导体。
本发明的无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源，具有无污染(无极放电)、低粒子束能(＜500eV)、束均匀性好(径向束流不均匀性＜±5％)等优点。
该原子源的正常工作本底真空度＜10-4Pa，通气时反应室真空度10-3Pa，可以用于Ar、N2、O2、NH3、NO等工作气体的离化，气体利用率＞80％。
如图1所示，图1是本发明的射频原子源工作原理图，系统本底真空度维持到＜10-4Pa；包括放电反应室、工作气体通过针阀通入放电反应室，放电反应室连接与射频功率源相匹配的网络，放电反应室产生电子和离子，通过引出系统引出离子，通过中和器使得离子束流成为原子态的原子束流。
工作时，通入气体的气压应不低于10-3Pa；气体种类为：Ar、N2、O2、NH3、NO等或其混合气体。
如图2所示，该原子源包括射频功率源标准匹配网络，还包括一屏蔽壳体4，屏蔽壳体4上有冷却水进出管和反应气体口，反应气体口部装有微孔栅极，在屏蔽壳体4内的中央有放电反应室6，所述的放电反应室6的外壁上环绕匝数为5匝的射频感应线圈，放电反应室6一端与屏蔽壳体4上的反应气体口连通，放电反应室6另一端分别设有屏栅1、加速栅2和减速栅3构成的三栅极引出系统，三栅极引出系统的前端安装有偏转极板，在屏极栅1、加速栅2和减速栅3各有引出电压；在屏蔽壳体4的外面，还设置有一用于产生中和电子的中和器5。
主体置于标准CF63/100法兰上，屏蔽壳体4采用不锈钢，CF63/100法兰上的外部电极与CF63/100法兰采用陶瓷-金属封接工艺连接，能保持较高的本底真空度(气压＜10-4Pa)。
放电反应室6采用石英或三氧化二铝材料，一定匝数的射频线圈环绕于反应室外壁。当工作气体进入反应室，如图2所示，开启射频功率源，并调节射频匹配网络，此时射频感应线圈产生轴向和径向交变电场，使得气体分子碰撞电离，形成稳定的等离子体；
该原子源采用微孔三栅极引出系统如图3所示：屏极栅1接正电压，将反应室内的等离子体从等离子鞘拉出；加速栅2接负电压，使得等离子体中的正离子加速；减速栅3接零电压或正电压，调节束流直径和离子流的速度，获得相应束径和能量的粒子束流；最后通过中和器产生中和电子，使得离子束流成为原子态的原子束流或者采用偏转电极消耗离子束流中的正离子和电子，获得中性原子束流。
该原子源正常工作本底真空度＜10-4Pa，工作时反应室真空度＜10-2Pa，采用不同引出方式，可在原子源和离子源间切换。
该原子源产生原子束为两种实施方式：(1)通过热钨丝中和器产生中和电子，使得离子束流成为原子态的原子束流；(2)通过引出栅极前端的直流偏转电极板，使得离子束流中的正离子和电子耗尽，而获得中性原子束流。
Claims (4)
1.一种无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源，包括射频功率源和与射频功率源相匹配的网络，其特征在于：还包括一屏蔽壳体(4)，所述的屏蔽壳体(4)上有冷却水进出管和反应气体口，反应气体口部装有微孔栅极，在屏蔽壳体(4)内的中央有放电反应室(6)，所述的放电反应室(6)的外壁上环绕匝数为5匝的射频感应线圈，放电反应室(6)一端与屏蔽壳体(4)上的反应气体口连通，放电反应室(6)另一端分别设有屏栅(1)、加速栅(2)和减速栅(3)构成的三栅极引出系统，三栅极引出系统的前端安装有偏转极板，在屏栅(1)、加速栅(2)和减速栅(3)各有引出电压；在屏蔽壳体(4)的外面，还设置有一用于产生中和电子的中和器(5)。
2.如权利要求1所述的无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源，其特征在于，所述的放电反应室(6)的材料选择石英或三氧化二铝。
3.如权利要求1所述的无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源，其特征在于，所述的屏栅(1)的引出电压为正电压，加速栅(2)的引出电压为负电压，减速栅(3)的引出电压为零电压或正电压。
4.如权利要求1所述的无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源，其特征在于，所述的屏蔽壳体(4)为不锈钢。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2007100178589A CN100530510C (zh) | 2007-05-15 | 2007-05-15 | 一种无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2007100178589A CN100530510C (zh) | 2007-05-15 | 2007-05-15 | 一种无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101060060A true CN101060060A (zh) | 2007-10-24 |
| CN100530510C CN100530510C (zh) | 2009-08-19 |
Family
ID=38866082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2007100178589A Expired - Fee Related CN100530510C (zh) | 2007-05-15 | 2007-05-15 | 一种无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100530510C (zh) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103247504A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-08-14 | 无锡启晖光电科技有限公司 | 一种双频离子源 |
| CN104411082A (zh) * | 2014-11-12 | 2015-03-11 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 等离子源系统和等离子生成方法 |
| CN105097398A (zh) * | 2015-08-26 | 2015-11-25 | 成都森蓝光学仪器有限公司 | 水冷环形热阴极离子源中和器 |
| CN105655220A (zh) * | 2014-11-12 | 2016-06-08 | 中微半导体设备(上海)有限公司 | 电感耦合型等离子体处理装置 |
| CN105895477A (zh) * | 2015-02-13 | 2016-08-24 | 株式会社日立高新技术 | 等离子体离子源以及带电粒子束装置 |
| CN106935459A (zh) * | 2015-12-31 | 2017-07-07 | 核工业西南物理研究院 | 一种长脉冲高功率离子源电极栅冷却水路及真空密封结构 |
| CN109538432A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-03-29 | 河南理工大学 | 一种无中和器的螺旋波等离子体推进装置 |
| CN109587923A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-05 | 西安航天动力研究所 | 一种等离子体炬用的水电气分流装置 |
| CN110571119A (zh) * | 2019-09-05 | 2019-12-13 | 合肥晞隆光电有限公司 | 离子源放电室导气结构以及离子源 |
| CN110868790A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-03-06 | 成都理工大学工程技术学院 | 一种负氢离子引出装置 |
| CN111452999A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-07-28 | 北京卫星环境工程研究所 | 一种适于空间站气体资源循环补给的装置及方法 |
| CN111520301A (zh) * | 2020-05-09 | 2020-08-11 | 航宇动力技术(深圳)有限公司 | 一种无中和器空间电推进装置 |
| CN112428026A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-03-02 | 中国人民解放军国防科技大学 | 基于面形误差频段的脉冲控制可调束径的离子束加工方法 |
| CN113404658A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种自中和射频离子推力器 |
| CN113764252A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-12-07 | 中山市博顿光电科技有限公司 | 等离子体源及其启动方法 |
| CN115450875A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-12-09 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种高速中性气流发生装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108915969B (zh) * | 2018-07-18 | 2020-09-22 | 北京理工大学 | 一种多模式螺旋波离子推力器 |
-
2007
- 2007-05-15 CN CNB2007100178589A patent/CN100530510C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103247504A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-08-14 | 无锡启晖光电科技有限公司 | 一种双频离子源 |
| CN103247504B (zh) * | 2013-05-24 | 2015-11-18 | 无锡启晖光电科技有限公司 | 一种双频离子源 |
| CN104411082A (zh) * | 2014-11-12 | 2015-03-11 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 等离子源系统和等离子生成方法 |
| CN105655220A (zh) * | 2014-11-12 | 2016-06-08 | 中微半导体设备(上海)有限公司 | 电感耦合型等离子体处理装置 |
| CN104411082B (zh) * | 2014-11-12 | 2017-12-19 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 等离子源系统和等离子生成方法 |
| CN105655220B (zh) * | 2014-11-12 | 2018-01-02 | 中微半导体设备(上海)有限公司 | 电感耦合型等离子体处理装置 |
| CN105895477A (zh) * | 2015-02-13 | 2016-08-24 | 株式会社日立高新技术 | 等离子体离子源以及带电粒子束装置 |
| CN105097398A (zh) * | 2015-08-26 | 2015-11-25 | 成都森蓝光学仪器有限公司 | 水冷环形热阴极离子源中和器 |
| CN106935459A (zh) * | 2015-12-31 | 2017-07-07 | 核工业西南物理研究院 | 一种长脉冲高功率离子源电极栅冷却水路及真空密封结构 |
| CN106935459B (zh) * | 2015-12-31 | 2019-06-18 | 核工业西南物理研究院 | 一种长脉冲高功率离子源电极栅冷却水路及真空密封结构 |
| CN109587923A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-05 | 西安航天动力研究所 | 一种等离子体炬用的水电气分流装置 |
| CN109587923B (zh) * | 2018-12-21 | 2020-11-06 | 西安航天动力研究所 | 一种等离子体炬用的水电气分流装置 |
| CN109538432A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-03-29 | 河南理工大学 | 一种无中和器的螺旋波等离子体推进装置 |
| CN110571119A (zh) * | 2019-09-05 | 2019-12-13 | 合肥晞隆光电有限公司 | 离子源放电室导气结构以及离子源 |
| CN110868790A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-03-06 | 成都理工大学工程技术学院 | 一种负氢离子引出装置 |
| CN111452999A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-07-28 | 北京卫星环境工程研究所 | 一种适于空间站气体资源循环补给的装置及方法 |
| CN111520301A (zh) * | 2020-05-09 | 2020-08-11 | 航宇动力技术(深圳)有限公司 | 一种无中和器空间电推进装置 |
| CN112428026A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-03-02 | 中国人民解放军国防科技大学 | 基于面形误差频段的脉冲控制可调束径的离子束加工方法 |
| CN113404658A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种自中和射频离子推力器 |
| CN113404658B (zh) * | 2021-06-30 | 2022-03-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种自中和射频离子推力器 |
| CN113764252A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-12-07 | 中山市博顿光电科技有限公司 | 等离子体源及其启动方法 |
| CN115450875A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-12-09 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种高速中性气流发生装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN100530510C (zh) | 2009-08-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100530510C (zh) | 一种无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源 | |
| KR101166570B1 (ko) | 탄소 구조체의 제조장치 및 제조방법 | |
| CN101792895B (zh) | 阴极真空电弧源薄膜沉积装置及沉积薄膜的方法 | |
| US20060144517A1 (en) | Plasma producing apparatus and doping apparatus | |
| CN201660693U (zh) | 阴极真空电弧源薄膜沉积装置 | |
| US20090255802A1 (en) | Cluster generator | |
| CN103114276B (zh) | 一种快速沉积类金刚石薄膜的装置 | |
| CN103247504A (zh) | 一种双频离子源 | |
| JP2008266747A (ja) | 合金ナノ粒子作製方法、合金薄膜作製方法及び同軸型真空アーク蒸着装置 | |
| CN1718849A (zh) | 多功能复合磁控等离子体溅射装置 | |
| CN106048531A (zh) | ICP增强多靶磁控溅射装置及使用该装置制备TiO2薄膜的方法 | |
| CN214012895U (zh) | 一种新型离子源中和器 | |
| CN104073767A (zh) | 一种均匀、高致密度纳米颗粒膜的制备方法及装置 | |
| CN104091743B (zh) | 一种自对准栅极结构纳米线冷阴极电子源阵列的制作方法及其结构 | |
| CN106744673B (zh) | 一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法 | |
| WO2020216356A1 (zh) | 一种用于半导体制造的洁净室系统及其电场除尘方法 | |
| CN1256462C (zh) | 热丝辅助微波电子回旋共振化学气相沉积方法及装置 | |
| JP4841735B2 (ja) | 成膜方法 | |
| CN103695839A (zh) | 一种应用在镀膜设备中的离子源清洗装置 | |
| CN100395180C (zh) | 碳纳米管制备方法和其设备 | |
| CN1331196C (zh) | 用射频等离子体辅助制备氧化锌纳米管的方法 | |
| CN100342474C (zh) | 一种离子注入提高碳纳米管薄膜电子场发射性能的方法 | |
| CN212426159U (zh) | 一种用于三氧化二铝薄膜的直流反应溅射镀膜装置 | |
| CN220491830U (zh) | 一种具有清洁功能的离子源 | |
| JP4965373B2 (ja) | カーボンナノチューブの作製方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090819 Termination date: 20120515 |