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                                  滚球规则低溫等離子體物理基礎研究取得突破性進展

                                  容性耦合等離子體中非線性駐波現象的實驗觀察發表於Phys. Rev. Lett.


                                  發佈時間:2019-05-10    來源:滚球规则    點擊量:



                                   

                                  在半導體芯片製造過程中 ,有三分之一以上的工序需要利用低溫等離子體加工技術。容性耦合等離子體源由於具有放電均勻性好等優勢 ,已被廣泛應用於幹法刻蝕和薄膜沉積等芯片製造工藝中。近年來 ,隨着晶圓尺寸和電源驅動頻率的日趨增大 ,由駐波效應引起的等離子體不均勻性已成爲制約半導體工藝設備發展的重要因素 ,由此引起了工業界及科研界的廣泛關注。

                                   近日 ,我校滚球规则、三束材料改性教育部重點實驗室王友年教授課題組與美國加州大學伯克利分校Michael A. Lieberman教授及美國休斯頓大學Demetre J. Economou教授合作,在容性耦合等離子體中非線性駐波效應研究方面取得突破性進展 。相關成果以“Observation of Nonlinear Standing Waves Excited by Plasma-Series-Resonance-Enhanced Harmonics in Capacitive Discharges”爲題,於2019年5月7日在物理學國際頂級期刊——《Physical Review Letters》上發表。課題組博士生趙凱爲該文第一作者 ,溫德奇博士(現爲美國密歇根州立大學博士後)爲共同第一作者,王友年教授和劉永新教授爲本文的共同通訊作者。

                                  該課題組利用自主研製的高頻磁探針,首次在實驗上觀測到低氣壓容性放電中由等離子體串聯共振引起的高次諧波所激發的非線性駐波效應 ,並結合非線性傳輸線模型揭示了非線性駐波激發的物理機制  。研究結果表明 ,在氣壓較低條件下,鞘層的非線性振盪會激發高次諧波  ,這些諧波在串聯共振頻率附近得到增強。在特定的放電條件下 ,這些非線性諧波將會引起徑向駐波,導致放電電壓及電流在極板中心處出現最大值 ,從而造成等離子體密度的“中心峯”分佈。然而 ,隨着氣壓的升高,高次諧波激發逐漸受到抑制(圖1) ,並導致等離子體均勻性得到改善 。

                                  該研究成果首次在實驗上證實了甚高頻容性放電中激發的非線性高次諧波對等離子體不均勻性的重要貢獻,並從理論角度深刻揭示了高次諧波與等離子體之間的非線性相互作用 ,這些發現對於下一代基於450 mm晶圓的半導體工藝設備的設計及參數優化具有重要的指導意義。

                                  該項工作得到國家自然科學基金重點項目(批准號:11335004)和優秀青年基金項目(批准號:11722541)的資助。

                                  圖1 不同氣壓下的甚高頻100 MHz容性耦合Ar等離子體中 ,前五次諧波磁場的徑向分佈。圖中符號代表實驗結果 ,線代表模擬結果 。

                                  期刊介紹:

                                  《Physical Review Letters》是美國物理學會(APS)的會刊和旗艦雜誌,主要發表物理和相關交叉學科的最新研究成果,是物理學領域頂級的國際學術期刊 ,最新的Science Citation Index影響因子爲8.839 。

                                  全文鏈接:

                                  https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.185002

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