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電感耦合式等離子體(Inductively.couplede.Plasma,ICP)的工作原理,就是在線圈上加上一個高頻電源,當線圈上的電流改變時,就可有安培定律知道,當感應(yīng)產(chǎn)生一變動磁場,同時可由法拉第定律知道此變動之磁場會感應(yīng)出一個反應(yīng)方向的電場,此電場會加速等離子體中的電子而形成一線圈電流相反的二次電流。并且隨著與加于線圈上的電流不斷改變,而感應(yīng)出的電場也不斷改變,這不斷改變電場與平板式高調(diào)波等離子體一樣能用來加速電子以維持等離子體,所不同的是電場與電極方向不同。在平板式高調(diào)波等離子體中電子因受電場影響而運動方向垂直于電極,所以會有許多電子逃離等離子體跑到電極上,使能量消耗在加熱電極上。而在感應(yīng)偶合式等離子中,電子受感應(yīng)電場的影響而使運動方向與電極平行,因此不會有太多的電子損耗在電極上,故可以維持線圈周圍相當高的電子密度。
圖1是電感耦合式射頻等離子體的幾種典型裝置型式。其中(a)是典型的外電極結(jié)構(gòu),是應(yīng)用最早的電感耦合式結(jié)構(gòu),其特點是結(jié)構(gòu)簡單、無電極污染,但由于二次耦合,其耦合效率較低,且等離子均勻性較差;(b)是平面耦合線圈,可產(chǎn)生大面積的等離子體;(c)是內(nèi)電極式結(jié)構(gòu),由于電感線圈位于等離子中,線圈耦合好,效率高,但電極浸沒于等離子體中,在電場作用下受到粒子轟擊,線圈尺寸會發(fā)生變化,同時容易發(fā)生電極濺射,對清洗或刻蝕的材料發(fā)生污染,因此這種結(jié)構(gòu)使用時需要在電感線圈表面包裹介質(zhì)層。
(a) 線圈環(huán)繞型 ; (b) 平板同心螺旋線圈 ; (c) 內(nèi)電極
電感耦合式等離子體產(chǎn)生裝置類型
ICP的主要優(yōu)點為:
(1)等離子體密度高、解離率高,能夠在相當大的壓力范圍上保持高密度等離子體。
(2)平板式ICP可大面積操作。
(3)ICP等離子體中的電子溫度低、離子動能低、等離子體電位低。
(4)等離子體密度及離子轉(zhuǎn)擊基板的動能可分開控制。
(5)設(shè)備簡單。
電感耦合式等離子體是利用電感線圈的電磁感應(yīng)效應(yīng),在線圈內(nèi)部感應(yīng)磁場,帶電粒子在磁場作用下做回旋運動,在離子移動過程中與氣體分子發(fā)生碰撞并電離,從而形成穩(wěn)定的等離子體。
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