高气压介质阻挡放电等离子体中活性物种的腔增强吸收光谱诊断研究

高气压硅烷和碳氟等离子体是常见的等离子体源,在材料表面改性、薄膜沉积和刻蚀等领域具有广阔应用前景，对它的研究具有重要的理论和实际应用价值，而这其中最关键的问题就是对引发各种化学反应的活性物种的诊断研究。在高气压硅烷和碳氟等离子体工艺过程中，起重要作用的活性物种主要包括SiHx和CFx自由基、亚稳态Ar原子、基态O原子以及离子等。本项目的研究目标是建立适用于高气压活性物种诊断的非相干宽带腔增强吸收光谱装置和相干腔增强吸收光谱装置，对高气压介质阻挡放电硅烷和碳氟等离子体中SiHx和CFx自由基以及亚稳态Ar原子和基态O原子等进行定量诊断研究。结合发射光谱及分子束质谱诊断技术，对以上两种放电体系中的活性物种（基态及激发态原子分子、离子等）进行全面诊断研究，探讨放电参数以及气体组份和含量对活性物种浓度的影响，从而为等离子体工艺过程提供必要的参考。

本研究采用紫外发光二极管完成了介质阻挡放电碳氟等离子体中CF2自由基的直接吸收光谱测量，得到了不同放电条件下CF2浓度的变化规律。同时还进行了介质阻挡放电等离子体中O原子的发射光谱测量以及OH自由基的腔衰荡光谱测量，得到了O2分子解离率以及时间分辨的OH自由基浓度。采用自建的腔增强吸收光谱装置，初步实现了对双频容性耦合等离子体中的CF2自由基浓度的测量。另外，分别采用紫外发光二极管和氙灯作为光源，对双频容性等离子体中的CF2自由基和F原子浓度等进行了直接吸收光谱和发射光谱诊断，测量了两种不同碳氟体系中CF2自由基的浓度及其变化规律。采用自制的光探针对双频容性耦合等离子体的空间均匀性进行了发射光谱诊断研究，得到了等离子体空间均匀性随不同放电条件及等离子体边界条件的变化关系。利用高速ICCD探测器，采用相分辨发射光谱法，对60MHz/2MHz双频容性耦合Ar和Ar/O2等离子体的时间空间电子行为进行了研究，观察到射频电极鞘层边界处的两种电子激发模式：鞘层扩张引起的电子碰撞激发模式和二次电子引起的电子碰撞激发模式，发现这两种激发模式分别分布在低频电源的前半周期和后半周期。