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微波等離子體

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微波等離子體
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低溫非平衡等離子體是多種等離子現(xiàn)象的基礎(chǔ)。如：表面修整、殺菌、刻蝕和薄膜沉積等。等離子源在許多工業(yè)處理中是一個非常重要的工具，如在集成電路生產(chǎn)中。在近幾年內(nèi)，由于對不同壓力范圍內(nèi)高密度等離子體的需求促使了微波等離子源的發(fā)展和使用。應(yīng)用于CST的大型三維ECAD馬飛亞軟件包的有限積分技術(shù)（Finite Integration Technique - FIT) 被證明在計(jì)算如SLAN系列這樣的復(fù)雜微波系統(tǒng)中是一個非常有效的工具。CST微波工作室（版本4）可將等離子體作為色散材料來處理。

SLAN系列和其他等離子源是由德國Microstructure Research Centre (fmt)開發(fā)的，并由JE PlasmaConsult GmbH負(fù)責(zé)經(jīng)銷。

微波等離子源mSLAN中的電場分布（SLAN系列中最小的一個）

馬飛亞仿真使我們：
  • - 更加了解了等離子腔中的微波 功率耦合；
  • - 對等離子體的均勻度進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化；
  • - 對源進(jìn)行阻抗匹配的分析。
SLAN系列包含四種不同的等離子源： mSLAN (4cm石英管直徑), SLAN I (16cm石英管直徑), SLAN II (60cm石英管直徑)及一個線形SLAN（約1米長）。這些等離子源均用于表面處理（刻蝕堅(jiān)硬層、改善生化兼容性、增強(qiáng)色黏附性等）、碳表面的金剛石硬化處理和有害氣體的裂解。

Microstructure Research Centre (fmt)研制開發(fā)等離子源和離子束流源。研發(fā)重點(diǎn)為等離子診斷、模擬和處理技術(shù)。

JE PlasmaConsult GmbH 提供先進(jìn)的等離子和離子源、等離子系統(tǒng)和等離子處理工藝及廣泛的工業(yè)應(yīng)用服務(wù)。
功率耦合
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左圖是由激光熒光譜儀（LIF）在SLAN I內(nèi)腔中測得的受激氧基的分布。右圖為馬飛亞W3頻域模塊所得的仿真電場分布。其中將實(shí)驗(yàn)中所測的等離子體作為有耗等離子體用于仿真中�？梢妰烧叩姆植际呛芙咏�。

左圖：O2等離子體CCD照片（20Pa，2000W微波功率， 頻率2.45GHz。O*空間分布845nm線。

右圖：SLAN I內(nèi)腔中O2等離子體電場仿真分布（仿真采用介電常數(shù)實(shí)部-1.7，電導(dǎo)率0.017S/m。實(shí)際等離子體參數(shù)：ni=2x1011 cm-3，60Pa，Te=2eV，nen=7.15x108s-1）。
阻抗匹配
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SLAN等離子源的阻抗匹配可以通過移動耦合天線和短路活塞的位置來實(shí)現(xiàn)。后者可使環(huán)形諧振腔中的場旋轉(zhuǎn)。用馬飛亞T3模塊對旋轉(zhuǎn)進(jìn)行了仿真。場的變化與在實(shí)驗(yàn)中觀察到的是一致的。

改變mSLAN短路活塞的位置…

...使得環(huán)形諧振腔中的場旋轉(zhuǎn)從而達(dá)到等離子源的阻抗與饋源系統(tǒng)的阻抗相匹配。
等離子體均勻度
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利用馬飛亞4的本征模求解器對SLAN I環(huán)形諧振腔中的場分布進(jìn)行了改善。在對等離子體密度的測試中證實(shí)這點(diǎn)。

SLAN I內(nèi)腔橫截面上電場強(qiáng)度 (f=2.45 GHz)。改善之前(左圖)和改善之后(右圖)

SLAN I中角向電子相對密度。改善之前(黃色)和改善之后(綠色)。等離子體參數(shù)：氬氣50Pa, 550W微波功率（2.45GHz）。測量點(diǎn)：下游6cm，離石英管內(nèi)側(cè)2cm。雙Langmuir探頭。測得的最大密度為ne=6x1011 cm-3。

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