CN102281698A - 一种用脉冲调制改善等离子体特性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于等离子体应用领域，涉及一种用脉冲调制改善等离子体特性的方法。其特征是对电源(频率在2MHz-100MHz区间)进行脉冲调制，就是使电源电压在一段时间内输出(电源工作)，下一段时间内不输出(电源休止)，二者交替进行，即电源工作方式是脉冲的；调节脉冲调制的频率和占空比，结合其他放电参数的调节，改善等离子体的特性。本发明的效果和益处是可综合控制等离子体中各成份的温度和密度，可广泛用于等离子体应用的各种领域，带来巨大的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于等离子体技术应用领域，涉及一种用脉冲调制改善等离子特性的方法。
背景技术
等离子体技术有着非常广泛的应用，主要有高温等离子体和低温等离子体两大应用领域。高温等离子体应用主要是受控核聚变的研究，而低温等离子体应用涉及的范围比较广泛，在薄膜沉积、表面处理、新材料研究，等离子体光源等方面都有重要的应用。在等离子体的应用中，有两类重要的参数，一类是温度，包括电子温度，离子温度，中性成份温度等，另一类是密度，包括电子密度，离子密度，工作粒子密度等。这两类参数相互联系，相互制约，不同的应用条件下，对这些参数的要求也不同，因此，一个好的有广泛应用的等离子体设备要求对这些参数的调节要相对独立，调节范围要宽，调节操作要简单。
目前已有的技术是采用双频电源系统，一高频一低频，综合来调节等离子体中各成份的温度和密度，这种设备复杂，造价高昂，匹配网络之间还互相干扰，效果不理想。
发明内容
本发明提供一种用脉冲调制来改善等离子特性的方法，解决等离子体应用技术中对系统中各种成份的温度和密度的控制问题。
本发明的技术方案是：一种用脉冲调制改善等离子体特性的方法，本发明的关键点是脉冲调制电源。脉冲调制电源是对电源(频率在2MHz-100MHz区间)进行脉冲调制，就是使电源电压在一段时间内输出(电源工作)，下一段时间内不输出(电源休止)，二者交替进行，即电源工作方式是脉冲的。电源工作期间，产生等离子体，产生等离子体应用所需要的各种成份，电源休止期间，各种成份不再产生，而是以各种途径消失。调节电源工作和休止的时间，可调节各种成份的产生与消失。
本方法实施时是由脉冲调制电源、电极(由导体或绝缘体材料制成)、稳定和控制放电的匹配网络、用于等离子体应用的工作介质，即工作气体或固体以及载气(如氩气、氮气等)及相应的监控部分(质量流量控制，基片的温度测控等)共同组成一套系统来实施的。
用本方法产生等离子体并应用时，首先在脉冲调制电源的作用下，两电极间的气体发生放电，在匹配网络的调节下，产生稳定的等离子体。其次通过调节调制脉冲，选择合适的脉冲调制频率(20Hz-2KHz)和占空比(5-95％)，综合调制各种成份的温度和密度，例如在等离子体辅助沉积碳化硅薄膜的例子中，要增加工作成份的密度，可选择适当的调制频率和占空比，使电源工作时间在30-50ms。然后在工作介质监控部分的调节下，调节其他放电参数，产生适宜的等离子体进行需要的应用。
本发明的效果和益处是，本发明提出一种用脉冲调制改善等离子体特性的方法，克服了传统等离子体应用技术中缺乏对等离子体中的各种成份的温度和密度进行有效控制手段的缺点，可以有效控制等离子体中的各种成份的温度和密度。本发明用途广泛，在等离子体应用的各种领域均可应用，可产生巨大的经济效益。
具体实施方式
以下结合技术方案叙述本发明的具体实施方式。
我们用本方法来沉积碳化硅薄膜。该装置的工作电源采用脉冲调制的13.56MHz的射频电源，调制频率从20Hz-2kHz连续可调，占空比5-95％连续可调；反应室是圆筒形状，圆筒由玻璃制成，上下两电极由不锈钢材料制成，下电极是驱动极，直径5cm，上电极接地，直径30cm，中间有一观察窗，上下电极间距2-10cm可调；基片是硅片，放置在下电极上；工作介质采用硅烷和乙烯，载气是氩气，用来沉积碳化硅薄膜。气压是20-100Pa，射频功率是10-100W。对比使用本方法，调制频率200Hz，占空比70％的情形与不进行调制情形，观测到，在其他条件相同情形下，对采用本方法的等离子体中有用成份的温度和密度都比不进行调制的等离子体中的相应成份要高，沉积碳化硅薄膜的速率和薄膜质量也要好很多。
Claims (1)
1.一种用脉冲调制改善等离子体特性的方法，其特征是：
(1)对电源进行脉冲调制，脉冲调制频率为20Hz-2KHz，占空比为5-95％；
(2)要调制的电源的频率在2MHz-100MHz。
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