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微波等離子體

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微波等離子體
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低溫非平衡等離子體是多種等離子現(xiàn)象的基礎。如：表面修整、殺菌、刻蝕和薄膜沉積等。等離子源在許多工業(yè)處理中是一個非常重要的工具，如在集成電路生產(chǎn)中。在近幾年內(nèi)，由于對不同壓力范圍內(nèi)高密度等離子體的需求促使了微波等離子源的發(fā)展和使用。應用于CST的大型三維ECAD馬飛亞軟件包的有限積分技術(shù)（Finite Integration Technique - FIT) 被證明在計算如SLAN系列這樣的復雜微波系統(tǒng)中是一個非常有效的工具。CST微波工作室（版本4）可將等離子體作為色散材料來處理。

SLAN系列和其他等離子源是由德國Microstructure Research Centre (fmt)開發(fā)的，并由JE PlasmaConsult GmbH負責經(jīng)銷。

微波等離子源mSLAN中的電場分布（SLAN系列中最小的一個）

馬飛亞仿真使我們： SLAN系列包含四種不同的等離子源： mSLAN (4cm石英管直徑), SLAN I (16cm石英管直徑), SLAN II (60cm石英管直徑)及一個線形SLAN（約1米長）。這些等離子源均用于表面處理（刻蝕堅硬層、改善生化兼容性、增強色黏附性等）、碳表面的金剛石硬化處理和有害氣體的裂解。

Microstructure Research Centre (fmt)研制開發(fā)等離子源和離子束流源。研發(fā)重點為等離子診斷、模擬和處理技術(shù)。

JE PlasmaConsult GmbH 提供先進的等離子和離子源、等離子系統(tǒng)和等離子處理工藝及廣泛的工業(yè)應用服務。
功率耦合
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左圖是由激光熒光譜儀（LIF）在SLAN I內(nèi)腔中測得的受激氧基的分布。右圖為馬飛亞W3頻域模塊所得的仿真電場分布。其中將實驗中所測的等離子體作為有耗等離子體用于仿真中�？梢妰烧叩姆植际呛芙咏摹�

左圖：O2等離子體CCD照片（20Pa，2000W微波功率， 頻率2.45GHz。O*空間分布845nm線。

右圖：SLAN I內(nèi)腔中O2等離子體電場仿真分布（仿真采用介電常數(shù)實部-1.7，電導率0.017S/m。實際等離子體參數(shù)：ni=2x1011 cm-3，60Pa，Te=2eV，nen=7.15x108s-1）。
阻抗匹配
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SLAN等離子源的阻抗匹配可以通過移動耦合天線和短路活塞的位置來實現(xiàn)。后者可使環(huán)形諧振腔中的場旋轉(zhuǎn)。用馬飛亞T3模塊對旋轉(zhuǎn)進行了仿真。場的變化與在實驗中觀察到的是一致的。

改變mSLAN短路活塞的位置…

...使得環(huán)形諧振腔中的場旋轉(zhuǎn)從而達到等離子源的阻抗與饋源系統(tǒng)的阻抗相匹配。
等離子體均勻度
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利用馬飛亞4的本征模求解器對SLAN I環(huán)形諧振腔中的場分布進行了改善。在對等離子體密度的測試中證實這點。

SLAN I內(nèi)腔橫截面上電場強度 (f=2.45 GHz)。改善之前(左圖)和改善之后(右圖)

SLAN I中角向電子相對密度。改善之前(黃色)和改善之后(綠色)。等離子體參數(shù)：氬氣50Pa, 550W微波功率（2.45GHz）。測量點：下游6cm，離石英管內(nèi)側(cè)2cm。雙Langmuir探頭。測得的最大密度為ne=6x1011 cm-3。

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