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《大连理工大学》 2011年
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大气压射频Ar/H_2/SiCl_4等离子体射流实验诊断及其沉积硅薄膜研究

刘莉莹  
【摘要】:大气压冷等离子体射流技术是近年来新兴的一种等离子体技术,其宏观低温特性及其中含有的大量活性物种使其在材料加工、生物改性、杀菌消毒等领域有广泛的应用前景。其操作简便并可在开放环境下工作的特点也使其备受青睐。本文设计了一种大气压冷等离子体射流源并对其进行参数诊断,在此基础上在薄膜沉积工作方面进行一些尝试。硅薄膜因其优异的性能而在太阳能电池、集成电路、传感领域中具有广泛应用,其制备多在真空或较高气压环境下,往往需要反应腔及真空设备。我们在采用自行设计的等离子体源,以较为安全的SiCl4为硅源,在开放环境中进行了硅薄膜沉积研究。以大气压等离子体射流发生装置的设计、等离子体参数的诊断以及薄膜的沉积为主线开展了以下工作: 描述了自行设计制作的两种大气压等离子体射流源及其放电现象。给出了放电的照片、放电电流、电压曲线以及伏安曲线,并从理论上对放电现象的变化加以解释,为确定适合进行薄膜沉积的大气压等离子体源寻求依据。发现平行平板打孔的结构电极较适合于薄膜沉积工作。随着功率的增加,条形孔和圆形孔电极的放电模式都经历了α模式向γ模式的转变,并且在一定的功率范围内α与Y模式可以共存,5slpm的纯氩气放电这一范围是50W-70W。从放电的稳定性及可长时间宽范围工作的角度考虑,不锈钢材料的圆孔结构电极是比较理想的选择。 对自行设计的装置产生的等离子体采用等效电路法计算了电子密度,采用发射光谱法诊断了温度。研究了一种新的利用全电路欧姆定律计算电子密度的方法,考察了两种孔型的平行平板结构电极的电子密度随外加功率、电流电压相位差、电极间距以及气体流速变化的趋势。对于单一种类气体的射频容性放电,只要满足ωpeω、vm2ωpe2,都可以通过测量电流电压峰峰值获得电子密度。对同一个电极而言,大的外加功率、小的电极间距以及合适的流速会产生电子密度相对较高的等离子体。采用发射光谱法分别对纯氩气放电和混合气体放电进行了诊断。在纯氩气放电中,分别采用氮气和OH(A2∑→X2п)的谱带拟合了振动温度和转动温度,氩原子谱线拟合了电子激发温度,转动温度随功率的增加而增加,随气体流速的增加而降低趋势,但电子激发温度变化不大。在混合气体放电中,利用硅原子谱线强度计算了电子激发温度,研究了放电功率、气体流量等参数对其的影响。由于采用硅原子谱线计算得到的电子激发温度是解离消耗掉一部分电子后剩余电子的激发温度,可以认为其变化趋势与解离得到的硅原子总数相反。随着功率、SiCl4流量和氩气流量的增加电子激发温度均呈下降趋势。氢气分子与SiCl4分子的解离能相差不大而“抢夺”电子能量,氢气的混入导致硅原子发射强度明显减小。 采用自行设计的大气压等离子体射流装置,以氩气、四氯化硅和氢气的混合气体为放电气体,在开放环境中分别以单晶硅、陶瓷和普通玻璃为衬底进行了硅薄膜沉积研究。对薄膜的厚度、成分、表面形貌及沉积温度等进行了表征。发现沉积出的薄膜存在氧化层,解释了氧化机理,比较了沉积时间、氢气流量对薄膜成分的影响。薄膜沉积初期衬底温度不高,此时的氧化过程主要由空气中的氧气被等离子体分解产生自由基造成,氧化过程与等离子体参数密切相关。沉积时间增加使衬底温度增加,超过150°时,SiCl4直接水解为二氧化硅,此时的氧化过程还与SiCl4流量有关。氢气流量从多方面影响薄膜生长过程:氢气流量越大,薄膜的沉积速率和氧化速度都低,Si-H键对抑制薄膜氧化有相当重要的作用。但过大的氢气流量会使放电熄灭。较小的氩气流量有利于抑制薄膜的氧化过程同时节约成本,但过小的氩气流量会影响放电及其作为射流的特性。过大的四氯化硅流量不但造成浪费,也容易使薄膜被氧化。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O536;TN304.055

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王丽春;张贵锋;侯晓多;姜辛;;镀铜玻璃衬底上柱状多晶硅薄膜的制备[J];半导体光电;2009年01期
2 冯庆浩;秦福文;吴爱民;王阳;;ECR-PECVD方法低温制备多晶硅薄膜[J];半导体技术;2006年05期
3 刘丰珍,朱美芳,冯勇,刘金龙,汪六九,韩一琴;等离子体-热丝CVD技术制备多晶硅薄膜[J];半导体学报;2003年05期
4 赵晓锋;温殿忠;;纳米多晶硅薄膜压力传感器制作及特性[J];半导体学报;2008年10期
5 郭治明;许德玄;孙英浩;潘振东;米俊峰;;雾化电晕放电静电除尘的实验研究[J];北京理工大学学报;2005年S1期
6 王新新;;介质阻挡放电及其应用[J];高电压技术;2009年01期
7 严建华;潘新潮;马增益;屠昕;岑可法;;直流氩等离子体射流电子温度的测量[J];光谱学与光谱分析;2008年01期
8 董丽芳,冉俊霞,毛志国;大气压氩气微放电通道中电子激发温度的时间演化[J];物理学报;2005年05期
9 郝作强;张杰;俞进;张喆;仲佳勇;臧充之;金展;王兆华;魏志义;;空气中激光等离子体通道的荧光探测和声学诊断两种方法的比较实验研究[J];物理学报;2006年01期
10 严建华;屠昕;马增益;潘新潮;岑可法;Cheron Bruno;;大气压直流氩等离子体射流工作特性研究[J];物理学报;2006年07期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡冬青,李思渊,王永顺;多晶硅、单晶硅同步外延研究(英文)[J];半导体学报;2004年11期
2 张晓丹,赵颖,朱锋,魏长春,高艳涛,孙健,侯国付,薛俊明,耿新华,熊绍珍;VHF-PECVD制备微晶硅材料及电池[J];半导体学报;2005年05期
3 陈珂;梁亚红;竹涛;;粒状电介质形态对介质阻挡放电特性的影响[J];环境科学与管理;2008年08期
4 张春明;房宽峻;沈安京;张永烨;;少量氩气对等离子体处理涤纶喷墨印花的影响[J];北京服装学院学报(自然科学版);2008年04期
5 何鹏;秦红霞;宗燕兵;苍大强;买明·卡地尔;;颗粒床除尘器高温实验研究[J];北京科技大学学报;2006年11期
6 朱益民;孔祥鹏;张曼霞;孙培廷;;多针对板电晕放电中针尖半径对伏—安特性影响[J];北京理工大学学报;2005年S1期
7 胡又平;李格升;缪劲松;严立;范世东;高孝洪;;锥齿形电极介质阻挡放电特性的研究[J];北京理工大学学报;2008年11期
8 孙潇;张月婷;张花利;董晓娜;石磊;王世清;;等离子体在食品杀菌中的研究现状与展望[J];保鲜与加工;2010年06期
9 吴莉莉;惠国华;潘敏;陈裕泉;张孝彬;;基于随机共振的纳米碳管气体传感器的研究[J];传感技术学报;2006年05期
10 高磊;唐飞;王晓浩;熊继军;;气流量对介质阻挡放电离子源电离效率的影响[J];传感器与微系统;2007年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄三明;李华;陶红森;陈旺生;邹霖;党太升;向晓东;;泛比电阻电除尘器极间场强分析[A];第十一届全国电除尘学术会议论文集[C];2005年
2 向晓东;陈旺生;汪颖;杜健敏;吴高明;;双极荷电静电除尘器收集高比电阻微尘的实验研究[A];第十二届中国电除尘学术会议论文集[C];2007年
3 原永涛;齐立强;刘金荣;;准格尔煤灰物化特性的实验分析[A];第十二届中国电除尘学术会议论文集[C];2007年
4 章荣发;;ESP改造场地局促时下部进气喇叭的设计[A];第十三届中国电除尘学术会议论文集[C];2009年
5 陈珂;梁亚红;;板状电介质对阻挡放电的影响分析[A];第十三届中国电除尘学术会议论文集[C];2009年
6 尚绍环;;统计过程控制在充气开关管生产中的应用[A];中国工程物理研究院第七届电子技术青年学术交流会论文集[C];2005年
7 孙明烨;刘建伟;洪光信;;城镇燃气系统中过滤器的机理及应用探讨[A];中国土木工程学会城市燃气分会输配专业委员会2005年会议论文集[C];2005年
8 杜鹏;许明明;;不同填充物的紫外灯与环境温度的实验对比与分析[A];中国长三角照明科技论坛论文集[C];2004年
9 冯祥芬;朱绍龙;侯惠奇;;平面型氙准分子灯特性及其在降解水相枣红中的应用[A];中国长三角照明科技论坛论文集[C];2004年
10 赵海洋;刘克富;;脉冲放电等离子体污水处理可行性实验研究[A];上海市照明学会成立30周年庆典暨四直辖市照明科技论坛、长三角照明科技论坛、上海市照明学会2008年年会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王兴权;介质阻挡放电降解甲基紫废水及尾气中NO_x的光谱分析及机理研究[D];长春理工大学;2010年
2 张大明;输煤巷道煤尘运移规律及治理技术研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
3 黄丽萍;电晕放电与光催化协同净化室内空气研究[D];大连海事大学;2010年
4 张春明;常压等离子体处理涤纶织物的颜料喷墨印花性能研究[D];江南大学;2010年
5 依成武;新型横向极板电除尘器研究[D];江苏大学;2010年
6 陈琳;低温等离子体催化氧化甲烷合成甲醇的应用基础研究[D];浙江大学;2010年
7 徐飞;脉冲放电电凝并结合碱液吸收烟气多种污染物协同脱除研究[D];浙江大学;2009年
8 杨平;常压等离子体聚合共轭聚合物荧光纳米颗粒的研究[D];东华大学;2010年
9 殷毅;折叠型双脉冲—长脉冲调制器及其激光触发技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
10 王春莹;聚酯低温等离子体表面改性及喷墨印花应用性能研究[D];江南大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王茜;空气电离生成气对黄瓜储藏品质影响的研究[D];华中农业大学;2010年
2 秦风;辉光放电触发赝火花开关特性研究[D];中国工程物理研究院;2010年
3 郭艳花;DBD等离子体导电特性研究[D];郑州大学;2010年
4 李铁军;多级除尘器气动性能分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王天威;液体电极沿面放电等离子体灭活大肠杆菌的研究[D];大连理工大学;2010年
6 武启;常压射频容性放电氩等离子体中活性气体对放电特性的影响[D];大连理工大学;2010年
7 王友旭;介质阻挡放电用高频高压电源的研制[D];大连理工大学;2010年
8 高少波;DBD型臭氧发生器电源有关问题的研究[D];大连理工大学;2010年
9 那刚;线筒式脉冲电晕放电对混合VOCs降解的研究[D];大连理工大学;2010年
10 韩栋;干熄焦环境除尘技术理论与应用研究[D];江西理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐茵,顾彪,秦福文,从吉远,杨树人;GaN薄膜低温外延的ECR-PAMOCVD技术[J];半导体技术;1998年01期
2 刘传珍,杨柏梁,袁剑峰,李牧菊,吴渊,寥燕平,张玉,王大海,黄锡珉;金属诱导法低温多晶硅薄膜的制备与研究[J];半导体学报;2001年01期
3 刘晓为,霍明学,陈伟平,王东红,张颖;多晶硅薄膜压阻系数的理论研究[J];半导体学报;2004年03期
4 揣荣岩;刘晓为;霍明学;宋明浩;王喜莲;潘慧艳;;掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜应变系数的影响[J];半导体学报;2006年07期
5 贺德衍;用微波等离子体化学气相沉积法低温生长织构多晶硅薄膜[J];半导体学报;1998年09期
6 王瑞春,沈鸽,何智兵,赵高凌,张溪文,翁文剑,韩高荣,杜丕一;金属诱导晶化法制备多晶硅薄膜研究进展[J];材料科学与工程;2002年01期
7 黄创君,林璇英,林揆训,余楚迎,姚若河;低温制备高质量多晶硅薄膜技术及其应用[J];功能材料;2001年06期
8 尹增谦,董丽芳,李雪辰,贺亚峰,董国义,柴志方;光学方法研究介质阻挡放电中的微放电特性[J];光谱学与光谱分析;2003年03期
9 屠昕;陆胜勇;严建华;马增益;潘新潮;岑可法;CHERON Bruno;;大气压直流氩等离子体光谱诊断研究[J];光谱学与光谱分析;2006年10期
10 陈黎明,赵文华,党道远;电弧加热发动机温度和速度的测量[J];航空动力学报;2002年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冯石根,李中杰;伴燃等离子体射流的计算公式[J];河南科学;1995年04期
2 陈熙,周明德;等离子体射流中局部热流密度与局部离子饱和电流密度的测量[J];力学与实践;1981年03期
3 赵文华,唐皇哉,田阔,张冠忠;存在空气卷吸时等离子体射流光谱诊断应做的修正[J];光谱学与光谱分析;2004年04期
4 张传宝,曹金祥,李俊峰,宋法伦,程梅莎,王洁霞,董永辉,张嘉祥;等离子体射流环境下对天线罩透波性能影响的研究[J];中国科学技术大学学报;2002年01期
5 张冠忠,谢巍,王俊华;常压下超音速等离子体射流的数值模拟[J];工程力学;2003年05期
6 刘东尧,周彦煌,余永刚;爆炸等离子体射流在液体中扩展过程实验研究[J];弹道学报;2004年02期
7 方光耀,张河,赖玉珠;磁流体发电演示装置[J];物理实验;1992年05期
8 谌康;何艾华;夏民荣;马志斌;;常压微波等离子体射流实验装置[J];大学物理实验;2008年03期
9 韩隆恒,岳斌,杨富荣;低压电弧加热射流热力学非平衡现象的实验研究[J];工程热物理学报;1995年03期
10 白亦真,吕宪义,金曾孙,邹广田;直流电弧等离子体射流法沉积金刚石薄膜[J];科学通报;1991年19期
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1 冯岩;任春生;王德真;;大气压下大尺度的等离子体射流的实验研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
2 江南;;氦放电等离子体射流的实验研究[A];中国真空学会2008年学术年会论文摘要集[C];2008年
3 范倩倩;钱沐杨;任春生;;单电极结构产生的大气压冷等离子体射流阵列的放电特性[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年
4 刘莉莹;张家良;郭卿超;王德真;;Ar/H_2/SiCl_4大气压射频等离子体射流的光谱诊断[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
5 任兆杏;王冬梅;任炟;吴信莲;;空气等离子体射流表面处理技术[A];中国真空学会2008年学术年会论文摘要集[C];2008年
6 任春生;王德真;钱牧扬;;高化学活性大气压低温等离子体射流及其在表面有机物脱除中的应用[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
7 李果;王森;乐沛思;李和平;包成玉;;大气压射频辉光放电氩等离子体射流的光谱特性研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
8 钱沐杨;范倩倩;任春生;王德真;;双高压电极结构大气压氲等离子体射流放电特性研究[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年
9 张开锡;;强激光等离子体射流场湍流和脉动的不可逆过程热力学表征[A];第三届全国光学前沿问题讨论会论文摘要集[C];1997年
10 孟显;郭志颖;潘文霞;吴承康;;直流减压层流氩等离子体射流的温度测量[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
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1 本报记者 朱炎皇 通讯员 曾志前;湖南科技大学科研立项获重大突破[N];湘潭日报;2008年
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1 熊青;大气压低温等离子体射流的研究[D];华中科技大学;2013年
2 熊紫兰;大气压常温等离子体射流源及其在根管治疗中的应用研究[D];华中科技大学;2013年
3 洪义;大气压针—环式介质阻挡放电等离子体射流源的电极结构设计和特性研究[D];大连理工大学;2013年
4 聂秋月;大气压冷等离子体射流实验研究[D];大连理工大学;2010年
5 熊青;大气压低温等离子体射流的研究[D];华中科技大学;2013年
6 刘莉莹;大气压射频Ar/H_2/SiCl_4等离子体射流实验诊断及其沉积硅薄膜研究[D];大连理工大学;2011年
7 刘富成;大气压氦气冷等离子体射流的流体力学模拟[D];大连理工大学;2013年
8 田阔;直流电弧等离子发生器射流脉动的研究[D];清华大学;2001年
9 屠昕;用于危险废弃物处理的直流等离子体射流特性研究[D];浙江大学;2007年
10 熊紫兰;大气压常温等离子体射流源及其在根管治疗中的应用研究[D];华中科技大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘小虎;大气压等离子体射流及其灭菌研究[D];东华大学;2012年
2 丁威利;大气压冷等离子体射流诱导乳腺癌细胞的凋亡研究[D];青岛大学;2013年
3 冯岩;大气压大尺度等离子体射流研究[D];大连理工大学;2010年
4 刘鹏;冷等离子体射流中镜面模具钢摩擦磨损试验研究[D];大连理工大学;2013年
5 范倩倩;单电极结构的大气压冷等离子体射流阵列的放电特性研究[D];大连理工大学;2013年
6 李自芬;大气压大尺度冷等离子体射流放电特性研究[D];大连理工大学;2013年
7 肖南;等离子体射流法制备纳米炭材料[D];大连理工大学;2006年
8 郭海波;脉冲等离子体产生及其射流膨胀过程实验研究与数值计算[D];南京理工大学;2005年
9 李冉;大气压微细冷等离子体射流特性及其无掩膜刻蚀研究[D];大连理工大学;2013年
10 兰天石;热等离子体重整天然气和二氧化碳制合成气研究[D];四川大学;2007年
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