Влияние внешних условий на физические процессы и параметры плазмы индуктивного ВЧ разряда

• Автор: Неклюдова, Полина Алексеевна
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 172 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Индуктивный ВЧ разряд

1.2. Индуктивный ВЧ разряд с внешним магнитным полем

1.3. Постановка задачи

Глава 2. Методика измерений и численных расчетов

2.1. Схема экспериментальной установки

2.2. Методика экспериментов

2.3. Методика численных расчетов

Глава 3. Влияние внешних условий на параметры плазмы ВЧ
индуктивного технологического источника плазмы
3.1. Параметры плазмы индуктивного ВЧ разряда в области скин-слоя
3.2. Результаты измерения эквивалентного сопротивления плазмы
3.3. Результаты расчетов эквивалентного сопротивления плазмы
3.4. Возможности управления параметрами плазмы ВЧ индуктивного технологического источника плазмы путем изменения внешних параметров разряда
Глава 4. Влияние внешних параметров на пространственное
распределение концентрации и эффективной температуры электронов
4.1. Особенности индуктивного ВЧ разряда,
наблюдаемые при изменении давления и рода газа
4.2. Длины свободного пробега X
и релаксации энергии А, электронов
4.3. Пространственное распределение параметров плазмы
4.4. Результаты математического моделирования
индуктивного ВЧ разряда Р1С методом
4.5. Возможности управления пространственным распределением параметров плазмы
Глава 5. Влияние внешнего магнитного поля на параметры
плазмы индуктивного ВЧ разряда
5.1. Влияние величины индукции внешнего магнитного поля на эффективность вложения ВЧ мощности в плазму
5.2. Влияние величины индукции внешнего магнитного поля на пространственное распределение ионного тока насыщения

5.3. Влияние величины индукции внешнего магнитного поля на пространственное распределение концентрации
и эффективной температуры электронов
Основные результаты и выводы
Благодарности
Список цитированной литературы
Список публикаций по теме диссертации

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы
Индуктивный ВЧ разряд низкого давления является неотъемлемой частью многочисленных земных и космических технологий. Разряд используется в полупроводниковой промышленности при производстве микросхем, в качестве активной среды космических электрореактивных двигателей, источников света, в процессах поверхностной модификации материалов, напыления и осаждения покрытий.
В последние годы одной из основных тенденций развития микроэлектроники является уменьшение размеров разрабатываемых устройств. Само название области науки и техники «микроэлектроника» все чаще заменяется словом «наноэлектроника», фиксируя изменение характерных размеров создаваемых структур. Процесс миниатюризации требует использования новых материалов, гибкого и тонкого управления технологическими процессами производства микросхем. Кроме того предполагается, что устройства будущего будут изготавливаться на пластинах всё больших размеров. Таким образом, развитие технологий микро- и наноэлектроники требуют создания гибко управляемых плазменных рабочих процессов, позволяющих получать протяженные участки равномерной плотной плазмы. Актуальными задачами настоящего и будущего являются также понижение энергии ионов и уменьшение потока фотонов в разряде, вызывающих повреждения создаваемых структур.
Использование индуктивного ВЧ разряда в качестве активной среды электрореактивных двигателей требует реализации условий его поддержания, при которых достигается максимальный ток ионов при минимальных энергозатратах и расходе рабочего газа. Немаловажным требованием является и гибкое управление параметрами двигателя. Актуальными задачами настоящего и будущего физики и техники ВЧ индуктивных ионных двигателей являются: обеспечение максимального вложения ВЧ мощности, отдаваемой ВЧ генератором во внешнюю цепь, генерация плотной плазмы при минимальных энергозатратах, получение протяженного участка однородной плазмы вблизи ионно-оптической системы.
Одной из важных задач нахождения энергоэффективных режимов ионных двигателей является минимизация затрат энергии на возбуждение атомов по сравнению с энергозатратами на ионизацию атомов рабочего газа электронами. Напротив, для энергоэффективных режимов горения ВЧ индуктивных источников света необходимо создать условия, при которых наряду с поддержанием процесса ионизации газа будет обеспечен

заимствованном из работы [81]. При отсутствии столкновений полная энергия электронов практически не изменяется и является инвариантом движения электронов V/" (£",) = 0 [50].
Это означает, что кинетическая энергия электронов с заданной полной энергией в данной точке г определяется локальным значением амбиполярного потенциала. Электроны с фиксированной полной энергией Е: оказываются «запертыми» в некотором объеме, ограниченном точками поворота г*, в которых кинетическая энергия становится равной
Рис. 1.9. Плоскость (е, г) для запертых электронов. Доступный для электронов объем ограничен условием £>-е<р(г) . В заштрихованной области возбуждения г < г *(£) энергия электронов ю>£1 и они способны возбуждать нейтральные частицы. Положение точки поворота о (е) удовлетворяет условиюе = -е(р{г;). Рисунок заимствован из работы [81].
Очевидно, что в нелокальном пределе энергетическое распределение электронов как функция полной энергии электронов ес однородно в пространстве. Этот факт ярко демонстрирует рис. 1.8. Аналогичное поведение ФРЭЭ продемонстрировано в теоретических работах [89, 90], где для расчетов использовался нелокальный подход.
В противоположном пределе, когда преобладают столкновительные процессы, справедливы следующие предположения, которые лежат в основе «локального приближения» [87]:
1) ФРЭ в каждом положении определяется из уравнения Больцмана для однородной неограниченной плазмы.
2) ФРЭ в каждой конкретной точке определяется (локальной) напряженностью электрического поля, существующего в данной точке.