專利名稱：一種用脈沖調制改善等離子體特性的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于等離子體技術應用領域，涉及一種用脈沖調制改善等離子特性的方法。
背景技術：
等離子體技術有著非常廣泛的應用，主要有高溫等離子體和低溫等離子體兩大應用領域。高溫等離子體應用主要是受控核聚變的研究，而低溫等離子體應用涉及的范圍比較廣泛，在薄膜沉積、表面處理、新材料研究，等離子體光源等方面都有重要的應用。在等離子體的應用中，有兩類重要的參數(shù)，一類是溫度，包括電子溫度，離子溫度，中性成份溫度等，另一類是密度，包括電子密度，離子密度，工作粒子密度等。這兩類參數(shù)相互聯(lián)系，相互制約，不同的應用條件下，對這些參數(shù)的要求也不同，因此，一個好的有廣泛應用的等離子體設備要求對這些參數(shù)的調節(jié)要相對獨立，調節(jié)范圍要寬，調節(jié)操作要簡單。目前已有的技術是采用雙頻電源系統(tǒng)，一高頻一低頻，綜合來調節(jié)等離子體中各成份的溫度和密度，這種設備復雜，造價高昂，匹配網(wǎng)絡之間還互相干擾，效果不理想。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種用脈沖調制來改善等離子特性的方法，解決等離子體應用技術中對系統(tǒng)中各種成份的溫度和密度的控制問題。本發(fā)明的技術方案是一種用脈沖調制改善等離子體特性的方法，本發(fā)明的關鍵點是脈沖調制電源。脈沖調制電源是對電源(頻率在2MHz-100MHz區(qū)間)進行脈沖調制， 就是使電源電壓在一段時間內輸出(電源工作)，下一段時間內不輸出(電源休止)，二者交替進行，即電源工作方式是脈沖的。電源工作期間，產(chǎn)生等離子體，產(chǎn)生等離子體應用所需要的各種成份，電源休止期間，各種成份不再產(chǎn)生，而是以各種途徑消失。調節(jié)電源工作和休止的時間，可調節(jié)各種成份的產(chǎn)生與消失。本方法實施時是由脈沖調制電源、電極(由導體或絕緣體材料制成)、穩(wěn)定和控制放電的匹配網(wǎng)絡、用于等離子體應用的工作介質，即工作氣體或固體以及載氣(如氬氣、氮氣等)及相應的監(jiān)控部分(質量流量控制，基片的溫度測控等)共同組成一套系統(tǒng)來實施的。用本方法產(chǎn)生等離子體并應用時，首先在脈沖調制電源的作用下，兩電極間的氣體發(fā)生放電，在匹配網(wǎng)絡的調節(jié)下，產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體。其次通過調節(jié)調制脈沖，選擇合適的脈沖調制頻率(20Hz-2KHz)和占空比(5-95%)，綜合調制各種成份的溫度和密度，例如在等離子體輔助沉積碳化硅薄膜的例子中，要增加工作成份的密度，可選擇適當?shù)恼{制頻率和占空比，使電源工作時間在30-50ms。然后在工作介質監(jiān)控部分的調節(jié)下，調節(jié)其他放電參數(shù)，產(chǎn)生適宜的等離子體進行需要的應用。本發(fā)明的效果和益處是，本發(fā)明提出一種用脈沖調制改善等離子體特性的方法， 克服了傳統(tǒng)等離子體應用技術中缺乏對等離子體中的各種成份的溫度和密度進行有效控制手段的缺點，可以有效控制等離子體中的各種成份的溫度和密度。本發(fā)明用途廣泛，在等離子體應用的各種領域均可應用，可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
具體實施例方式以下結合技術方案敘述本發(fā)明的具體實施方式
。我們用本方法來沉積碳化硅薄膜。該裝置的工作電源采用脈沖調制的13. 56MHz 的射頻電源，調制頻率從20Hz-2kHz連續(xù)可調，占空比5-95%連續(xù)可調；反應室是圓筒形狀，圓筒由玻璃制成，上下兩電極由不銹鋼材料制成，下電極是驅動極，直徑5cm，上電極接地，直徑30cm，中間有一觀察窗，上下電極間距2-lOcm可調；基片是硅片，放置在下電極上； 工作介質采用硅烷和乙烯，載氣是氬氣，用來沉積碳化硅薄膜。氣壓是20-100 ，射頻功率是10-100W。對比使用本方法，調制頻率200Hz，占空比70%的情形與不進行調制情形，觀測到，在其他條件相同情形下，對采用本方法的等離子體中有用成份的溫度和密度都比不進行調制的等離子體中的相應成份要高，沉積碳化硅薄膜的速率和薄膜質量也要好很多。
權利要求
1. 一種用脈沖調制改善等離子體特性的方法，其特征是 ⑴對電源進行脈沖調制，脈沖調制頻率為20Hz-2KHz，占空比為5-95% ； (2)要調制的電源的頻率在2MHz-100MHz。
全文摘要
本發(fā)明屬于等離子體應用領域，涉及一種用脈沖調制改善等離子體特性的方法。其特征是對電源(頻率在2MHz-100MHz區(qū)間)進行脈沖調制，就是使電源電壓在一段時間內輸出(電源工作)，下一段時間內不輸出(電源休止)，二者交替進行，即電源工作方式是脈沖的；調節(jié)脈沖調制的頻率和占空比，結合其他放電參數(shù)的調節(jié)，改善等離子體的特性。本發(fā)明的效果和益處是可綜合控制等離子體中各成份的溫度和密度，可廣泛用于等離子體應用的各種領域，帶來巨大的經(jīng)濟效益。
文檔編號H05H1/46GK102281698SQ20111020156
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權日2011年7月19日
發(fā)明者孫繼忠, 張鵬云, 王華強 申請人:大連理工大學