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H_2-N_2混合气体容性射频放电特性的PIC/MCC模拟

姚福保  
【摘要】: 当前半导体工业的发展,大面积材料表面处理、改造薄膜性能的需要,推动了氢微晶硅薄膜的等离子体化学气相沉积的发展,同时人们也迫切需要对氢气射频放电的微观机制和规律有所掌握。一方面人们在深入研究氢气射频放电状态参数与工艺过程的关系,从机理上弄清外界放电参数对等离子体状态参数的影响;另一方面企图通过掺入其它种类气体,力求改善氢气放电的特性,提高氢离子的活性。本文采用PIC/MCC混合自洽模型,分别计算了氢气射频放电特性和向氢气中掺入不同比例的氮气后对氢气放电特征的影响,本文在一定程度上揭示了氢气射频放电的机理,具体工作如下: 1.建立了氢气射频容性放电PIC/MCC混合自洽模型,模拟了放电达到稳态后空间电势、电场分布、带电离子(e,H+,H2+,H3+)的密度分布、平均能量分布和能量分布情况。结果表明:(1)气压对鞘层有明显的影响,随着气压增加,等离子体空间电势降低,鞘层厚度变小。(2)电极附近存在明显的鞘层,鞘层内有较强的电场,离子在该区域受电场加速会向极板方向运动。(3)在气压较高时H3+离子是氢气射频放电空间的主要正离子,提高H3+离子的活性对氢气放电在材料中应用有重要作用。 2.建立了H2-N2射频容性放电PIC/MCC混合自洽模型,通过向氢气中掺入0%-30%的氮气,模拟了放电达到稳态后掺氮对空间电势、电场分布、带电粒子(e,H+,H2+,H3+)的密度分布、能量分布的影响。结果表明:(1)随着掺氮比例的增加,空间电势变大,鞘层厚度变窄,电场相应增强。(2)同气压下掺氮会使电子与背景气体的电离碰撞和离解电离碰撞增强,电子密度提高,电子能量下降。(3)随着掺氮比例的增加会使氢离子平均能量提高。模拟结果对认识氢气射频放电、氮氢混合气体射频放电中等离子体的运动行为提供了依据。


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