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射频感性耦合等离子体中基片调谐自偏压的数值研究

作　者: 陈龙威
导　师: 丁振峰
学　校: 大连理工大学
专　业: 等离子体物理
关键词: 射频感性耦合等离子体容性耦合基片调谐自偏压数值计算非线性
分类号: O53
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 77次
引　用: 2次
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内容摘要

通过改变基片电极与地之间的外部LCR网络阻抗,控制射频感性耦合等离子体中基片电极的射频调谐自偏压。在过去的实验研究中,已发现了基片调谐自偏压—调谐电容关系曲线的三种特性:即连续、振荡、双稳。在本论文中,通过数值方法研究连续、双稳的转换机理。为了简化但不失可行性,数值建模中包含了影响基片射频自偏压的关键因素,忽略了为得到等离子体密度、电子温度所需要的繁杂的感性耦合计算,而在给定的等离子体密度、电子温度条件下讨论基片自偏压的特性。另一方面,在采用等效电路建立模型时包含了影响容性耦合的参量。论文中讨论了LCR网络中电参数(电阻、电感、杂散电容),基片鞘层面积,地鞘层面积,耦合天线鞘层面积,电子温度,等离子体密度(分别改变耦合线圈鞘层、地鞘层、基片鞘层等离子体密度,以及同时改变三个鞘层的等离子体密度)等对基片调谐自偏压—调谐电容关系曲线的影响。数值研究发现:当LCR网络中电阻、杂散电容,基片鞘层面积,装置地鞘层面积,地鞘层等离子体密度,基片鞘层等离子体密度增加至各自的临界值时,或当天线射频电压,耦合天线鞘层面积,耦合天线等离子体密度降低至各自的临界值时,基片调谐自偏压—调谐电容关系曲线呈现连续特性。反之,基片调谐自偏压—调谐电容关系曲线呈现多稳特性。LCR网络中的电感值不会影响基片调谐自偏压—调谐电容关系曲线的多稳与连续态之间的转换,只是改变曲线多稳态的回滞宽度。同时改变耦合天线鞘层、基片鞘层、地鞘层处的电子温度对多稳态回滞宽度的大小影响较小,但当单独改变基片鞘层的电子温度时,多稳态回滞宽度随电子温度增大而减小。通过综合分析发现,上述“外部”参数对基片调谐自偏压—调谐电容关系曲线特性的影响可以统一归因于同一个“内部”参数,即基片鞘层电位降。基片调谐自偏压—调谐电容关系曲线多稳、连续特性分别出现在高和低的基片鞘层电压降,而基片鞘层电容的非线性和外部LCR网络的调谐特性是多稳态出现的两个必要因素。对多解区的数值解特性研究发现,不是所有的解都出现在基片电路分支串联共振点之后。针对调谐系统的电路特点,本文还分析讨论了基片支路阻抗的变化规律,杂散电容对基片支路串联共振点的影响,各支路中电流和等离子体空间电位幅值与相位特性。根据实验中天线电压、等离子体密度、电子温度与放电功率及气压的关系,计算了调谐自偏压特性随功率、气压的变化,计算结论与调谐实验结果相符。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
引言  8-11
  1 射频等离子体基片偏压研究背景及现状  8-9
  2 本课题的提出及意义  9-11
1 数值模型  11-17
  1.1 实验装置及其等效电路  11-12
  1.2 鞘层电压降中交流和直流分量的关系  12-13
  1.3 鞘层电容  13-14
  1.4 数值方法  14-17
2 数值结果和讨论  17-49
  2.1 实验结果  17-19
  2.2 数值结果及讨论  19-47
    2.2.1 LCR网络中电阻对 V_(tsb)-Ct曲线的影响  19-21
    2.2.2 LCR调谐网络中电感的影响  21-23
    2.2.3 杂散电容的影响  23-25
    2.2.4 天线电压对 V_(tsb)-Ct的影响  25-27
    2.2.5 等离子体密度的影响  27-29
    2.2.6 基片面积的影响  29-30
    2.2.7 地面积的影响  30-31
    2.2.8 耦合天线鞘层面积的影响  31-32
    2.2.9 电子温度的影响  32-35
    2.2.10 多稳、连续特性转换特性及分析  35-37
    2.2.11 基片支路阻抗变化规律以及基片支路共振点的分析  37-39
    2.2.12 等离子体空间电位与相位特性  39-42
    2.2.13 各支路电流的变化  42-47
  2.3 讨论  47-49
3 部分实验结果的数值计算比较  49-54
  3.1 放电功率的影响  49-50
  3.2 放电气压的影响  50-54
4 结论  54-56
  4.1 论文总结  54-55
  4.2 对今后工作的建议  55-56
参考文献  56-59
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  59-60
致谢  60-61
大连理工大学学位论文版权使用授权书  61

射频感性耦合等离子体中基片调谐自偏压的数值研究

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