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收稿日期:2008-09-12. 基金项目:教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(200611AA03).材料、结构及工艺氮化硅薄膜的沉积速率和表面形貌张广英1,吴爱民1,秦福文1,公发全2,姜 辛1,3(1.大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,辽宁大连116024;2.大连化学物理研究所,辽宁大连116023;3.德国锡根大学材料工程学院,德国锡根57056)摘 要: 采用电子回旋共振2等离子体增强化学气相沉积(ECR 2PECVD )技术,以氮气为等离子体气源,5%硅烷(Ar 稀释)为前驱气体,在玻璃衬底上低温制备了氮化硅薄膜。
利用偏振光椭圆率测量仪、原子力显微镜(A FM )等测试技术分析探讨了硅烷流量(5～50cm 3)、沉积温度(150～350℃)以及微波功率(500～650W )等对SiN 薄膜沉积速率及表面形貌的影响。
结果表明:沉积速率随着硅烷流量和微波功率的增加而增加(最高达到11.07nm/min ),随着衬底温度的增加而降低,在温度为350℃时降低到2.44nm/min 。
薄膜的粗糙度随着衬底温度和微波功率的增加而降低,粗糙度最低为0.89nm ,说明薄膜的表面质量较高。
关键词: ECR 2PECVD ;氮化硅薄膜;沉积速率;表面形貌中图分类号:TN304.054 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2009)04-0558-04Deposition R ate and Surface Topography of SiN FilmsZHAN G Guang 2ying 1,WU Ai 2min 1,Q IN Fu 2wen 1,GON G Fa 2quan 2,J IAN G Xin 1,3(1.State K ey Lab.of Materials Modif ication by Laser ,Ion and E lectron B eams ,Dalian U niversity of T echnology ,Dalian 116024,CHN;2.Dalian I nstitute of Chemical Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Dalian 116023,CHN;3.Institute of Materials E ngineering ,Siegen U niversity ,Siegen 57076,GER )Abstract : The silicon nit ride films were deposited at low deposition temperat ure by electron cyclotron reso nance 2plasma enhanced chemical vapor deposition (ECR 2PECVD )technique on glass subst rate by applying p ure nit rogen as t he plasma gas source and 5%silane (Ar dilute )as t he precursor gas.The deposition rate ,refractive index and surface topograp hy of SiN films were st udied by ellip somet ry and A FM.Result s show t hat t he depo sition rate increases wit h t he silicon gas flow and microwave power increasing ,and decreases wit h t he subst rate temperat ure increasing.The maximal depo sitio n rate is 11.07nm/min.The minimal depo sition rate of 2.44nm/min is achieved at t he subst rate temperate of 350℃.Wit h t he deposition temperat ure and microwave power increasing ,t he roughness of silicon nit ride films decreases wit h t he minimal value is 0.89nm.K ey w ords : ECR 2PECVD ;SiN films ;depo sition rate ;surface topograp hy0 引言近年来,用PECVD 技术制备氮化硅薄膜并应用于太阳电池的课题越来越引起人们的关注[122]。
微波等离子体化学气相沉积法制备石墨烯的研究进展涂昕;满卫东;游志恒;阳朔【摘要】Due to itsadvantages by low-temperature growth, a widely selection of the substrate materials and easily doped, microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD)is the first choice of the grapheme prepration by large area、high speed、high quality.The several main CVD methods for synthesizinggrapheme are compared.It found out that MPCVD has clear superiority.Then the study of graphene prepared by MPCVD is stly the application of graphene pre-pared by MPCVD is introduced and also the development trend of graphene prepared by MPCVD is prospected .%微波等离子体化学气相沉积（ MPCVD）法具有低温生长、基底材料选择广泛、容易掺杂等优点，是大面积、高速率、高质量石墨烯制备的首选。
首先通过比较制备石墨烯的几种主要CVD方法得出MPCVD法的优势，然后阐述了MPCVD法制备石墨烯的研究，最后介绍了MPCVD法制备的石墨烯的应用并对MPCVD法制备石墨烯的发展趋势进行了展望。
【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】9页(P63-70,76)【关键词】微波等离子体化学气相沉积;石墨烯;研究;应用【作者】涂昕;满卫东;游志恒;阳朔【作者单位】武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073;武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073;武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073;武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073【正文语种】中文【中图分类】O4840 引言2004年，英国曼彻斯特大学的K．S．Novoselov等［1］采用微机械剥离法利用特殊胶带剥离高定向热解石墨(HOPG)首次获得了独立存在的高质量单层石墨烯。
82 中国原子能科学研究院年报 2009器反射功率取样最小或传输线取样最大，以提高射频功率利用效率，稳定发射机工作状态。
由测试数据得知：射频匹配良好，功率有效传输，利用率高，得到2.2 MHz幅度为6 kV的正弦波，需要的射频功率小于20 W。
在热测实验的基础上进行了带束测试，得到了频率为4.4 MHz、脉冲宽度为10 ns的脉冲束。
通过实验验证，螺旋谐振器的射频设计完全满足了束流脉冲化的要求。
+离子源的设计H2贾先禄，张天爵，王川，郑侠，殷治国中国原子能科学研究院研制成功了我国首台强流回旋加速器综合试验装置，该回旋加速器加速负氢离子、剥离引出10 MeV质子束，内靶流强达到430 μA。
为了进一步提高引出流强，利用该实验台架加速H2+离子，剥离引出质子是一重要的研究课题。
通过这种方法可引出最高为5 MeV的质子，虽然能量降低1半，但是引出束流流强可增加1倍。
为了得到所需的H2+离子，1台稳定、束流强度大、可长期运行的离子源是必需的。
本文介绍用于产生H2+离子的紧凑型、全永磁ECR离子源的设计。
1 离子源设计为了得到H2+离子，我们设计了1台2.45 GHz的ECR离子源。
离子源的磁场由永磁铁提供，整个离子源区域的场强均为0.087 5 T。
永磁铁是由多块小永磁块组成，通过调节这些永磁块可以调整离子源的磁场分布。
离子源的永磁铁结构可以为两个不同尺寸的离子源提供磁场，一个是直径50 mm、长度70 mm的离子源腔，另一个是直径100 mm、长度50 mm的离子源腔。
两个离子源可以使用相同的台架及引出结构，另外可以通过调节外部磁铁块来调节离子源磁场大小等。
1.1 离子源装置离子源实验装置如图1所示，它包括微波系统、离子源主体及离子源引出电极等。
为了便于磁铁拆装, 把离子源磁铁固定结构设计成弹夹式。
每1块磁铁都安置在弹夹槽内，再用侧壁的螺丝固定磁铁，这样方便每次拆卸磁铁。
整个离子源装置有5个弹夹，弹夹固定在离子源侧壁，组成的圆通内径为110 mm。
氩离子刻蚀原理氩离子刻蚀是一种常用的微纳加工技术，主要应用于半导体、光电子、生物医学等领域中的微纳结构制备。
其原理基于氩离子束在高能下与材料表面相互作用，发生物理和化学反应，从而在材料表面形成微米甚至纳米级别的结构。
氩离子刻蚀的原理主要包括以下几个方面：1. 氩离子束生成氩离子刻蚀的第一步是产生氩离子束。
通常使用射频感应等离子体源产生大量的氩离子，并通过加速器将其加速到高能状态。
这些高能氩离子束可以通过调整加速电压和电流来控制其能量和流强。
2. 氩离子束与材料表面相互作用当高能氩离子束与材料表面相互作用时，会发生多种物理和化学反应。
其中最主要的是碰撞和电荷交换。
当氩离子撞击材料表面时，会传递一定量的动能，并将部分自身能量转移给被撞击原子或分子，使其发生位移或振动，并在材料表面形成一定深度的损伤区域。
同时，氩离子会与表面原子或分子发生电荷交换，形成正、负离子或中性粒子，从而改变材料表面的化学性质。
3. 损伤区域的形成和移除氩离子束与材料表面相互作用后，会在材料表面形成一定深度的损伤区域。
这些损伤区域可以通过控制氩离子束的能量和流强来调节其大小和深度。
在刻蚀过程中，损伤区域会被移除，从而形成所需的微纳结构。
移除方式主要包括物理剥蚀和化学剥蚀两种方式。
4. 刻蚀速率和选择性氩离子刻蚀的速率和选择性是影响刻蚀效果的重要因素。
刻蚀速率主要受到氩离子束能量、流强、加速电压等因素的影响。
选择性则取决于材料本身特性以及刻蚀条件等因素。
总之，氩离子刻蚀是一种基于高能氩离子束与材料表面相互作用的微纳加工技术。
其原理主要包括氩离子束生成、氩离子束与材料表面相互作用、损伤区域的形成和移除以及刻蚀速率和选择性等方面。
通过控制这些因素，可以实现对材料表面微米甚至纳米级别的结构制备。
第三章 PLASAM介绍(제3장 PLASAM소개) 3.1 什么是PLASAM(무엇이PLASAM인가?)3.2 PLASAM的产生(PLASAM의생성 )3.3 PLASAM的基本电特性(PLASAM의기본전기특성)3.4 PLASAM在TFT制造中的应用3.4 PLASAM가TFT제조과정에서의응용3.1什么是PLASAM？任何物质由于温度不同，可以处于固态、液态和气态，因此常说物质有三态。
当物质从外界获得能量，它就可以从固态变为液态，再变为气态。
当然也可能从固态直接变为气态。
在物质变为气态以后，如果从外界继续得到能量，到一定程度后，它的粒子又可以进一步分裂为带负电的电子和带正电的离子，即原子或分子发生了电离。
电离使带电粒子浓度超过一定数量（通常大约需千分之一以上）后，气体的行为虽然仍与平常的流体相似，但中性粒子的作用开始退居到次要地位，带电粒子的作用成为主导的，整个物质表现出一系列新的性质。
像这样部分或完全电离的气体，其中自由电子和正离子所带的负、正电荷量相等，而整体又呈电中性，行为受电磁场影响，称为“等离子体（PLASAM）”。
因为物质的固、液、气态都属于“聚集态”，所以从聚集态的顺序来说，也常常把“等离子态”称为物质的第四态。
（图3－1 物质的四态）图3-1 物质的四态广义上，等离子体可定义为：带正电的粒子与带负电的粒子具有几乎相同的密度，整体呈电中性状态的粒子集合体。
按电离程度，等离子体可分为部分电离及弱电离等离子体和完全电离等离子体两大类。
前者气体中大部分为中性粒子，只有部分或极少量中性粒子被电离；后者气体中几乎所有中性粒子都被电离，而呈离子态、电子态，带电粒子密度1010～1015个/cm3。
在薄膜技术中，所利用的几乎都是部分电离及弱电离等离子体，在这种等离子体中，只要电离度达到1％，其导电率就与完全电离等离子体相同。
在等离子体中，除了离子、电子之外，还有处于激发状态的原子、分子，以及由分子解离而形成的活性基。
１ ９ ９ ８年１２月 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Ｎｕｃｌｅａｒ Ｆｕｓｉｏｎ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖ０Ｉ．１８，ＮＯ．４
ＤｅＣ． １ ９ ９８
ｌ ＥＣＲ微波放电氩离子输运过程的研究① 、． 。伍长征 李富铭
（三束材料改性国家重点联合实验室，复旦大学物理系，上海２００４３３）
５
建立了电子回旋共振（ＥＣＲ）微波放电等离子体中离子输运过程的蒙特卡罗模型。考虑了离子 与中性原子的电荷交换碰撞和弹性碰撞，以及精确依赖于离子能量的电荷交换和动量转移截面，模 拟了源于氩气ＥＣＲ微波放电的氩离子向衬底输运的过程，得到与实验报道相符的模拟结果。
电子回旋共振（ＥＣＲ）微波放电等离子体具有高电离度、低工作气压、无极放电等特点，这 技术近年来被广泛应用于薄膜沉积、材料刻蚀、表面改性等等离子体加工处理。ＥＣＲ等离子 体在材料制备和器件制作方面广泛而成功的应用也促进了ＥＣＲ等离子体物理及加工机理的 研究ｎ ］，其中研究ＥＣＲ等离子体中的离子输运过程具有重要的意义。Ｈｕｓｓｅｉｎ等人［１ 曾给出 等离子体沿磁场向衬底输运的一维蒙特卡罗模拟模型，但是在计算过程中涉及到时间的概念， 整个运算过程比较繁琐；另一方面，该模型假设电荷交换截面和弹性碰撞截面相等，而实验测 得这两者并不相等且依赖于入射离子的能量。本文建立了从ＥＣＲ微波放电腔引出的离子向衬 底输运的一维蒙特卡罗模型，该模型考虑了离子与中性原子的电荷交换和弹性碰撞，用到了精 确依赖于离子能量的电荷交换和动量转移截面，简化了计算过程，提高了模拟效率。我们用此 模型模拟了源于氩气ＥＣＲ微波放电的氩离子在准中性区的输运过程，得到了不同气压、不同 位置的离子能量分布和角分布，所得结果与实验报道相符。
２假设条件与基本方程 等离子体的准中性条件为： ｅｎ （２）一ｑｎｉ（２） （１） 其中 和ｅ分别为电子密度和电子电荷； 和ｑ分别为离子密度和离子电荷。 假定电子密度分布为玻耳兹曼分布： ㈤～。ｅｘｐ［ ］
其中ｋ为玻耳兹曼常数； （ ）为等离子体静电势；ｎ 。为在ＥＣＲ放电腔出射窗口处（初始位置 一０）的电子密度，此处 为０。
①高等学校博士学科点专项科研基金和国家自然科学基金（９６０２４６０７）资助
／ 蝴 一 籼 ｒ、 维普资讯 http://www.cqvip.com 核聚变与等离子体物理 第１８卷 离子密度分布可表示为： ）一７ ３ （３） ｌｌ Ｌ Ｊ＾
式中面积比Ａ（ｚ）／Ａ。体现了磁场扩散，沿磁管的磁通守恒要求Ａ ｏｃ Ｂ－１； 。与７３ 分别为离子 在初始位置的密度及沿磁场方向的速度；任意位置 的离子密度ｎｉ（ ）可通过模拟离子的运动 得到。
假设离子沿磁场方向以声速Ｃ 一√足（ ＋Ｔ ）／ｍ 从ＥＣＲ放电腔引出，则离子沿磁场方 向的速度７．３Ｉ 由一维位移麦克斯韦分布ｎ“
ｆ（ｖ ＪＩ）一４（ ｉ／２７ｒｋＴｉ）ｅｘｐＥ－（ ｉ／２ｋＴｉ）（ 一Ｃ。）。］ （４） 抽样选取。离子垂直于磁场方向的速度７．３上由麦克斯韦分布 ｆ（ｖＬ）一（ ｉ７３上／ｋＴｉ）ｅｘｐ［一（ ｉ／２ｋＴｉ） ＿Ｌ ｚ］ （５）
抽样选取。 ：
３模拟方法和过程 设离子的运动方向与磁场的夹角为 ，平行和垂直于磁场的能量分别为Ｅ¨和Ｅ上。如果离 子未经历碰撞而通过距离＆，则离子在新位置 的能量及运动方向可由能量和磁矩守恒关系 Ｅ 一Ｅ 一ｑ（Ｖ 一 ）一 （Ｂ 一Ｂ） （６） Ｅ上 一 （７） 确定，离子在该段距离＆内的平均能量为豆一（Ｅ＋Ｅ ）／２。 离子在距离＆内也可能经历碰撞，碰撞几率Ｐ 可表示为： Ｐ＇ｒ：Ｎ Ｑ（ ）Ｔ＆ｅ／ｃｏｓ （８） 式中Ⅳ 为中性气体密度；ＱＴ为总的微观碰撞截面Ｑ 一Ｑ ＋Ｑｅ，其中Ｑ 为离子与中性原子的 电荷交换碰撞截面，Ｑｅ为离子与中性原子的弹性碰撞截面，均与离子的能量有关。就氩离子而 言，Ｑ 和Ｑｅ可分别表示为 ］： Ｑ 一（５９．２１—４．６１１ｎＥ）×１０一 （９） Ｑ 一（１１８．９０—９．８５１ｎＥ）×１０一 。 （１０） 单位为ｃｍ。。于是，离子经历电荷交换和弹性碰撞的几率分别为Ｐ 一Ｑ ／Ｑ 和 —Ｑｅ／Ｑ 。 如果发生电荷交换碰撞，新产生的离子的速度由具有中性气体温度的麦克斯韦分布抽样 选取，散射角相对于原离子的入射方向各向同性 。 对于弹性碰撞，在质心坐标系内散射角相对于原离子的入射方向各向同性，碰撞后离子的 能量为 ］：
Ｅ 一Ｅｃｏｓ （１１） 其中ａ为在实验室坐标系内的散射角。 根据上述模型和方法，我们拟定以下模拟过程： ａ．给出初始等离子体静电势分布，并将模拟区间划分为Ⅳ等份，使得每一区间长度 小 于离子运动的平均自由程 （数厘米）；
维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 钟晓霞等：ＥＣＲ微波放电氩离子输运过程的研究 ｂ．模拟８０００个离子的运动，每个离子从源腔随机引出，用蒙特卡罗方法计算离子在准中 性区任意点的速度，并得出离子密度； Ｃ．依据等离子体的准中性条件，计算准中性区任意点的等离子体静电势； ｄ．比较计算得到的等离子体静电势分布和初始电势分布，观察是否满足收敛条件，若不满 足，则继续迭代直到收敛； ｆ．在收敛的等离子体静审势分布下，记录离子在空间任意点的能量和运动方向。
４结果和分析 给出几个必要的模拟参量：模拟长度Ｌ一１５ ｃｍ；离子温度７’ 一０．４ｅＶ；电子温度７１ｔ一４ｅＶ；中 性气体温度７ ：０．０３ｅＶ；气压Ｐ 范围 ０．０１—０．１Ｐａ。磁场分布如图１所示，电子回旋共 振区位于放电腔内（Ｂ＝８．７５×１０ Ｔ），出射窗 附近（２—０）的磁场强度约为６．７５ Ｘ １０＿。Ｔ。衬底 处于悬浮状态，该处磁场强度约为１．Ｏ０× １０一 Ｔ。 图２ａ给出气压为０．０ＳＰａ时等离子体静电势 分布的收敛过程。只需模拟四次，电势分布就达 到收敛，得到自洽的等离子体静电势分布。 图１磁场分布的示意图
图２等离子体静电势分布 ａ——气压为０．０ＳＰａ时静电势分布模拟的收敛过程，Ａ为初始静电势分布， Ｂ、ｃ、Ｄ、Ｅ分别为第一、二、三、四次模拟结果．ｂ——不同气压下的静电势分布。
等离子体静电势随气压的升高而升高，如图２ｂ所示，与报道的实验结果 ’ 相一致。这是 由于随着气压的升高，离子和中性原子间的碰撞频率增大，导致离子平均速度减小，由等离子 体的连续性可知，离子平均密度将增大；由于等离子体的准中性，等离子体静电势也相应升高。 图３ａ给出气压为０．０１Ｐａ时不同空间位置平行于磁场方向的离子能量分布。我们看出，在
维普资讯 http://www.cqvip.com ３４ 核聚变与等离子体物理 第１８卷 输运过程中离子的平均能量不断增大。由于气压较低，可忽略离子和中性原子间的碰撞。随着 等离子体沿磁场方向输运，离子不断从静电场和外磁场获得平行于磁场方向的能量，致使整个 能量谱向高能方向移动。 图３ｂ给出衬底附近不同气压下平行于磁场方向的离子能量分布。当气压较低时，只有一 个高能峰；随着气压升高，能谱中出现一低能峰，且高能峰逐渐向低能方向移动．与Ｓａｄｅｇｈｉ等 人 和Ｏｋｕｎｏ等人 的实验结果相符。这是因为离子和中性原子问的碰撞频率随着气压的丁｝ 高而增大，使得高能离子逐渐向低能离子转移，出现低能峰；高能峰对应未经历碰撞的离子，由 于静电场随气压升高而减小，这些离子从电场获得的能量减少，高能峰也随之向低能方向移 动。
入 、、—一 ． ＿ ‘ 八 ’ ／ ＼ ７５ｃｍ ／
八 。 ／＼
图３平行于磁场方向的离子能量分布 ａ——气压为０．０１Ｐａ时不同空问位置的离子能量分布Ｉｂ——衬底附近不同气压下的离子能量分布。
图４ａ给出衬底附近不同气压下垂直于磁场方向的离子能量分布。可以看出，气压对这一 分布无明显影响，这和Ｈｕｓｓｅｉｎ等人［１ 的理论结果相似。气压为０．０１Ｐａ时垂直于磁场方向的 离子能量分布的空间演变示于图４ｂ。显然，在等离子体沿磁场方向输运的过程中，垂直于磁场 的离子能量分布向低能方向压缩，这是由磁场对等离子体的约束效应引起的 ］。 ，＿—————一 离子运动方向与磁场之间的夹角０＝ｔａｎ－１√Ｅ上／Ｅｌ。图５ａ为衬底附近不同气压下离子
的角分布。随着气压升高，角分布向小角度方向移动，宽度增大。由于气压对垂直于磁场的离子 能量分布无明显影响（图４ａ），角分布随气压的变化主要依赖于气压对沿磁场方向的离子能量 分布的影响。随着气压升高，离子和中性原子间的碰撞加剧，引起离子沿磁场的能量减小（图 ３ａ），离子运动方向与磁场的夹角增大，小角度离子减少，大角度离子增多，角分布也随着加 宽。 图５ｂ给出气压为０．０１Ｐａ时不同位置离子的角分布。随着等离子体沿磁场方向输运，角分 布向小角度方向压缩且分布明显变窄。由于气压较低，可忽略离子和中性原子间的碰撞，在沿
维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 钟晓霞等：ＥＣＲ微波放电氩离子输运过程的研究 ３５ 磁场方向输运过程中，离子不断从静电场和磁场获得沿磁场方向的能量（如图３ａ），垂直于磁 场方向的能量则不断减小（如图４ｂ），从而使大角度离子逐渐向小角度离子转移，角分布宽度 减小。
ｂ ＼＼
＼ ７．５ｃｍ
１ ． １５ｃｍ ｌ
ｏ．０ ０．５ １．０ １．５ ２．０ ＥｄｅＶ
图４垂直于磁场方向的能量分布 ａ——衬底附近不同气压下的离子能量分布Ｉｂ——气压为ｏ．０１Ｐａ时离子能量分布的空间演变。
图５离子角分布 ａ——衬底附近不同气压下的角分布Ｉｂ——气压为０．０１Ｐａ时离子角分布的空间演变。
５结论 本文建立了一种收敛快、效率高的模拟ＥＣＲ等离子体中离子输运的一维蒙特卡罗方法， 用此方法对源于氩气ＥＣＲ微波放电的氩离子的模拟得出以下结论： ａ．静电势沿着等离子体的输运方向逐渐降低，并与气压有关。 ｂ．平行于磁场方向的离子能量分布强烈地依赖于气体压强，并随着气压升高由单峰演变 为双峰；气压的变化对垂直于磁场方向的离子能量分布无明显影响。
２ １ Ｏ２ ｌ Ｏ２ ｌ Ｏ ．ｎ ／（．Ｔ－ 维普资讯 http://www.cqvip.com
