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等離子刻蝕方式分類


等離子刻蝕分類根據(jù)方式不同有不同的分類內(nèi)容。按照實現(xiàn)產(chǎn)生等離子體的設(shè)備類型可以分為容性耦合等離子刻蝕(Conductively Coupled Plasma,CCP)、感性耦合等離子刻蝕(Inductively Coupled Plasma,ICP)以及微波電子回旋共振等離子體刻蝕(microwave ElectronCyclotron Resonanceplasma,ECR);按照等離子體工作的氣壓狀態(tài)可以分為低壓等離子刻蝕和大氣壓等離子刻蝕。

(1)容性耦合等離子刻蝕(CCP)
刻蝕設(shè)備等離子體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)主要由上下兩塊金屬極板構(gòu)成,上電極接射頻偏壓,下電極接地,與電容結(jié)構(gòu)類似,如圖1.1所示。通過射頻偏壓的作用在兩電極之間產(chǎn)生電場,電子獲取能量與氣體分子碰撞產(chǎn)生等離子體,實現(xiàn)對材料表面的刻蝕。由于設(shè)備結(jié)構(gòu)的限制,該類型產(chǎn)生的等離子體密度較小,但均勻性好,并且設(shè)備成本低,廣泛應(yīng)用于材料表面處理。
容性耦合等離子體源
圖1.1容性耦合等離子體源

 

(2)感性耦合等離子體刻蝕(ICP)
刻蝕設(shè)備等離子體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)主要由電感線圈構(gòu)成,線圈接射頻電源,如圖1.2所示。由于電流的反復(fù)變化,在腔室中會產(chǎn)生交變磁場,進而產(chǎn)生交變電場。處于電場中的電子會加速與氣體分子碰撞然后電離產(chǎn)生等離子體,實現(xiàn)對材料表面的刻蝕。該類型產(chǎn)生的等離子體密度與能量較高,具有較好的各向異性、可單獨控制偏壓等優(yōu)點,但設(shè)備成本較高,應(yīng)用多集中于集成電路刻蝕工藝中。
感性耦合等離子體源
圖1.2 感性耦合等離子體源 

 

(3)微波電子回旋共振等離子體刻蝕(ECR)
刻蝕設(shè)備構(gòu)造非常復(fù)雜,該型等離子體源于上世紀(jì)八十年代由Dr.H.Pistma等人發(fā)現(xiàn),被應(yīng)用很多重要技術(shù)領(lǐng)域,如芯片刻蝕領(lǐng)域。其主要通過外部微波的作用,使氣體分子的電子與微波達到共振狀態(tài),使得電子獲得源源不斷的能量,加大碰撞次數(shù),產(chǎn)生高密度等離子體。該類型產(chǎn)生的等離子體密度最高,能量轉(zhuǎn)化率也很高,同時可通過調(diào)控磁場間接去控制產(chǎn)生的等離子體的離子密度和能量,但是設(shè)備構(gòu)造非常復(fù)雜,成本非常高,因而在工程應(yīng)用中并不多見。

(4)大氣壓等離子刻蝕
大氣壓等離子刻蝕指產(chǎn)生刻蝕等離子體的空間并非密閉,等離子體處于大氣壓狀態(tài)下。該類型產(chǎn)生等離子的環(huán)境開放,這也導(dǎo)致了其刻蝕過程中涉及到的各種反應(yīng)十分復(fù)雜??涛g設(shè)備制造和成本很低,同時等離子體源可移動性高,操作簡便,工程應(yīng)用較廣,但是對于非常復(fù)雜、帶有內(nèi)凹型孔穴的表面難以處理。

(5)低氣壓等離子刻蝕
低氣壓等離子刻蝕指產(chǎn)生刻蝕等離子體的空間密閉,等離子體處于低氣壓狀態(tài)下。該類型等離子與大氣壓等離子相比,具有成分可控、能量可調(diào)節(jié)等一系列特點,同時對材料表面改性的作用效果較好,設(shè)備使用簡單,因此在實驗室等科研機構(gòu)應(yīng)用廣泛。

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