（等离子体物理专业论文）nbn薄膜的制备及等离子体诊断.pdf

n b n 薄膜的制备及等离子体诊断 摘要 为了解决核材料铀的腐蚀磨损导致的失效问题，本论文首先用朗缪尔探针对新 颖的双谐振腔微波e c r 多功能等离子体源离子注入( p s i i ) 系统进行了等离子体诊 断，然后根据诊断结果，以4 5 1 1 钢作为替代品，在其表面上以及硅片( 1 0 0 ) 上采用 微波e c r 等离子体增强直流反应非平衡磁控溅射的方法制备了氮化铌( n b n ) 薄膜， 同时用发射探针( o e s ) 对实验条件下空间的等离子体成分进行了诊断，最后采用x 射线衍射( x r d ) 、透射电子显微镜( t e n ) 、扫描电子显微镜( s e m ) 、原子力显微镜 ( a f m ) 、电子探针( e p m a ) 以及、显微硬度、摩擦磨损和阳极极化等方法对制备的 薄膜进行了薄膜结构、表面形貌、硬度、磨损和腐蚀特性等方面的表征和分析。 本论文得到的结论如下： 1 朗缪尔探针对真空室内会切场中等离子体的诊断：1 ) 反应腔内电子温度变化 范围在4 5 8 5 e v 之间，等离子体密度维持在1 0 ”c m 。的量级上。2 ) 随着工作气体 压强的增加，等离子体密度和电子温度减小。3 ) 随着微波功率的增加，等离子体密 度和电子温度增加，且其变化呈现阶段特征。4 ) 在真空室的轴向，等离子体密度在 两个十几厘米的区域内是较高且较均匀的。5 ) 会切场中心的等离子体密度较低。 2 发射探针对等离子体的诊断：等离子体中含有n b 的激发态原子、a r 的激发态 原子以及离子和n ：的分子离子；随着n 。流量的增加，出现了靶中毒现象。 3 调整n ：流量和基片偏压，制备一系列的n b n 薄膜，通过表征和分析发现： 1 ) 随着n 。的流量的增加，薄膜结构、成分以及性能的变化趋势。 ( 1 ) 薄膜的晶体结构发生变化，由六方结构的b n b ：n 相和立方结构的6 一h b n 相 的混合相向六方结构的n b n 。；相转化，且择优取向明显。 ( 2 ) 薄膜沉积速率降低，薄膜中n n b 百分比增加，薄膜的表面形貌出现不平整的 区域。 ( 3 ) 薄膜的微观形貌可以看出，钢基片上薄膜生长为岛状生长模式，硅基片上薄 膜由没有明显趋势向岛状生长模式转化，随着流量的增加，表面岛尺寸变小，表面 均方根粗糙度先增大后减小。 ( 4 ) 薄膜的硬度和磨损性能比4 5 t t 钢基片本身有所提高，但随着流量的增加，这 些性能都有所降低，摩擦系数变大。 ( 5 ) 薄膜的腐蚀电位随着流量的增加，先增大后减小，在2 s c c m 处达到最大，此 时得到的样品的耐腐蚀能力最佳。 2 ) 随着基片偏压的增加，薄膜结构、成分以及性能的变化趋势。 ( 1 ) 薄膜的晶体结构发生变化，由四方结构的n b 。n 。相和六方结构的n b n o 。相的混 合相转化为单相的六方结构n b n 。 ( 2 ) 薄膜沉积速率先增加后降低，薄膜中n n b 百分比分阶段变化，薄膜的表面形 貌随着溅射效应的增强而出现较多缺陷。 n b n 薄膜的制备及等离子体诊断 ( 3 ) 薄膜的生长模式为明显的岛状生长模式，随着偏压的增大，表面岛尺寸减小， 晶粒细化。表面均方根粗糙度总体呈降低趋势，后来略有升高。 ( 4 ) 薄膜的硬度随着偏压的增大而降低，磨损性能在一4 0 v 时表现最佳，摩擦系数 随着偏压增加而变大。 ( 5 ) 薄膜的腐蚀电位随着偏压的增大而降低，耐腐蚀性能下降。 关键词：氮化铌薄膜朗缪尔探针发射光谱偏压 n b n 薄膜的制蔷及等离子体诊断 a b s t r a c t i nt h i sp a p e rt h ep u r p o s ei st os o l v et h ep r o b l e mo fn u c l e a rm a t e r i a l u e r o s i o na n dw e a ra n dt e a r acf i r s tt h em i c r o w a v ee c r ( b f l v - e c r ) p l a s m ai n t h ec u s pf i e l disd i a g n o s e dw i t ht h el a n g m u i rp r o b e s e c o n d l ya c c o r d i n gt o t h ed i a g n o s t i cr e s u l t s ，t a k i n gt h e4 5 # s t e e la st h es u b s t i t u t ea n dn b nt h i n f i i mw a sd e p o s i t e do ns t e e la n ds i ( 1 0 0 ) s u b s t r a t e sb ym w e c rp l a s m aa s s i s t e d d cr e a c t i v eu n b a l a n c em a g n e t r o ns p u t t e r i n g a tt h es a m et i m et h ep l a s m a s p a c i a lc o m p o s i t i o ni sd i a g n o s e dw i t ho p t i c a le m i s s i o ns p e c t r o s c o p y ( o e s ) a t l a s t ，x r d 。t e m ，s e m ，a f m ，e p m a ，m i c r o h a r d n e s s ，w e a ra n dt e a rt e s ta n d a n o d ep o l a r i z a t i o nw e r ee m p l o y e dt oc h a r a c t e r i z ea n da n a l y s et h ep h a s e s ， m i c r o s t r u c t u r e ， s u r f a c em o r p h o l o g y ，h a r d n e s sa sw e l la sw e a ra n de r o s i o n c h a r a c t e r i s t i c t h ec o n c l u s i o n si np a p e ra r ea sf o l l o w s ： 1t h ed i a g n o s t i cr e s u l t so ft h el a n g m u i rp r o b e ：1 ) i nt h er e a c t i v ec h a m b e r e l e c t r o nt e m p e r a t u r ec h a n g e sf r o m4 5t o8 5 e va n dp l a s m ad e n s i t ym a i n t a i n s o nt h em a g n it u d eo f1 0 ”c m 。2 ) p l a s m ad e n s i t ya n de l e c t r o nt e m p e r a t u r er e d u c e w i t ht h eg a sp r e s s u r ei n c r e a s i n g 3 ) p l a s m ad e n s i t ya n de l e c t r o nt e m p e r a t u r e i n c r e a s ew i t ht h em i c r o w a v ep o w e r i n c r e a s i n ga n dt h ec h a n g i n gt r e n d s a r e d i f f e r e n ti nt h ed i f f e r e n ts t a g e 4 ) a l o n gt h er e a c t i v ec h a m b e r sa x i a l d i r e c t i o nt h e r ea r et w od i s t r i c t sa b o u tt e nc mi nw h i c hp l a s m ad e n s i t yi s h ig ha n du n i f o r m 5 ) i nt h ec e n t e ro ft h ec u s pf i e l dp l a s m ad e n s i t yi si o w e r 2t h ed i a g n o s t i cr e s u l t so fo e s ：t h e r ea r en b ，a r + ，a r + a n dn 2 + i np l a s m a a n dt a r g e tp o i s o r t i n ga p p e a r sw i t hn 2f l o wi n c r e a s i n g 3a d j u s t i n gn 2f l o wa n ds u b s t r a t eb i a sa n das e r i e so fn b nt h i nf i i m s w e r ed e p o s i t e d t h r o u g hc h a r a c t e r i z i n ga n da n a l y z i n gi t i sf o u n dt h a t ： 1 ) t h ef i l m sc h a n g i n gt r e n dw i t hn 2f l o wi n c r e a s i n g ： ( 1 ) t h ec r y s t a ls t r u c t u r ec o n v e r t sf r o mc o e x i s t e n c eo fh c pb n b 2 na n d f c c6 一n b nt os i n g l ep h a s eh c pn b n o a n dp r e f e r r e do r i e n t a t i o ni se v i d e n t ( 2 ) t h ed e p o s i t i o nr a t er e d u c e s t h ec o m p o s i t i o nr a t i o ( n n b ) i n c r e a s e s a n dt h eu n s m o o t hs u r f a c et o p o g r a p h ya p p e a r s ( 3 ) t h eg r o w t hm o d eo ns t e e ls u b s t r a t ei si s l a n dg r o w t hm o d ea n dt h eg r o w t h m o d eo ns i ( 1 0 0 ) c h a n g e sf r o mn ot r e n dt oi s l a n dg r o w t hm o d e t h ed i m e n s i o n o fs u r f a c eis l a n dr e d u c e sa n dr m sr o u g h n e s si n c r e a s e sa n d t h e nr e d u c e s n b n 薄膜的制各及等离子俸诊断 ( 4 ) h a r d n e s sa n dw e a rc a p a b ilit yo fn b nf ii m sa r eb e t t e rt h a nst e el s u b s t r a t e s ，b u tw i t hn 2f l o wi n c r e a s i n gh a r d n e s sa n dw e a rc a p a b i l i t ya r e w o r s ea n df r i c t i o nc o e f f i c i e n ti n c r e a s e s ( 5 ) e r o s i o np o t e n t i a li n c r e a s e sa n dt h e nr e d u c e sa n di ta c h i e v e st h et o p a t2 s c c m a tt h i st i m et h es a m p l e sc o r r o s i o nr e s i s t a h o ei sb e s t 2 ) t h ef i l m sc h a n g i n gt r e n dw i t hs u b s t r a t eb i a si n c r e a s i n g ： ( 1 ) t h ec r y s t a ls t r u c t u r ec o n v e r t sf r o mc o e x i s t e n c eo fb e tn b 4 n 3a n dh o p n b n u t os i n g l ep h a s eh c pn b n o 9 5 ( 2 ) t h ed e p o s i t i o nr a t ei n c r e a s e sa n dt h e nr e d u c e s ，t h ec o m p o s i t i o nr a t i o ( n n b ) c h a n g e si nd i f f e r e n ts t a g ea n dm o r ef l a w sa p p e a rw i t ht h es p u t t e r i n g e f f e c te n h a n c i n g ( 3 ) t h eg r o w t hm o d ei si s l a n dg r o w t hm o d e ，t h ed i m e n s i o n o fs u r f a c ei s l a n d r e d u c e s ，r m sr o u g h n e s sr e d u c e sa n dt h e n i n c r e a s e sal i t t l e ( 4 ) h a r d n e s sr e d u c e sa n df r i c t i o nc o e f f i c i e n ti n c r e a s e s a tt h e 一4 0 vt h e w e a re a p a b i l i t yi sb e s t ( 5 ) e r o s i o np o t e n t i a lr e d u c e sa n dt h es a m p l e sc o r r o s i o nr e s i s t a n c ei s w 0 r s e k e y w o r d s ：n b n t h i nf ii m ，l a n g m u irp r o b e 。0 e s ，b i a sv o l t a g e i i n b n 薄膜的制备及等离子体诊断 1 1 微波e c r 等离子体源 1 前言 所谓微波电子回旋共振( e c r ) 就是当输入的微波频率等于电子在磁场中的回 旋频率u 。时，电子的回旋加速运动与微波发生共振，电子从微波中吸收能量，进而 电离中性气体而获得高密度的等离子体“1 。 基于微波e c r 放电机理的等离子体源具有以下特点”3 ： ( 1 ) 无极放电，因此等离子体没有污染；( 2 ) 能量转换率高，9 5 以上微波功率可 以转化为等离子体能量；( 3 ) 磁场约束减少了等离子体和器壁的相互作用：( 4 ) 在 低气压下( 1 0 1 0 。p a ) 产生高密度( 1 0 ”1 0 ”c 一) 的等离子体：( 5 ) 电离率高， 一般在1 0 以上，有的实验装置甚至超过5 0 ；( 6 ) 电子能量分布的分散性小，高能 尾翼比m a x w e l l 分布短得多，并且可以通过调节磁场位型来控制离子的平均能量和 分布。此外，作为辅助溅射沉积中的等离子体源，微波e c r 等离子体的离子能量低， 对基片的损伤小。 1 。2 表面制备技术 表面制各技术能够用来获得本体材料所难以或无法获得的、具有特殊性能的表 面薄层，使材料具有更高的耐腐蚀、耐磨、耐高温和抗破坏的能力，使得材料获得 各种特殊的物理、化学性能，从而拓宽了材料的应用领域，充分发挥材料的潜力。 表面制备技术的主要原理可以概括为原子沉积和颗粒沉积。其中颗粒沉积是沉 积物以宏观尺度的粒子形态在材料表面形成覆盖层，如热喷涂；而原子沉积是沉积 物以原予、分子、离子以及粒子基团等粒子形态在材料表面形成的外加覆盖层，如 电镀、化学镀、物理气相沉积( p v d ) 、化学气相沉积( c v d ) 等。要制备高质量的 表面薄膜，目前比较常用的方法是p v d 和c v d 。化学气相沉积( c v d ) 是利用气 态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术，包括高 温和低温c v d 、低压c v d ( l p c v d ) 、激光辅助c v d 、金属有机化合物c v d ( m o c v d ) 以及等离子体辅助化学气相沉积f e z c v d ) 等，可用于各种高纯晶态、非晶态的会属、 半导体和化合物薄膜的制备，并有效的控制薄膜的化学成分，而且制备的薄膜均匀 且较少受到阴影效应的限制。物理气相沉积( p v d ) 是利用某种物理过程，如物质 的热蒸发或在受到离子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质 到薄膜的可控转移的过程，其中最为基本的两种方法是蒸发法和溅射法，它们具有 膜基结合力好、溅射范围宽、镀膜密度高、膜厚可控性好和重复性好等特点。 n b n 薄膜的制备及等离子体诊断 1 2 1 溅射技术 溅射沉积技术应用非常广泛，可应用于微屯子技术、光电子技术等众多领域。 给靶加负偏压，在靶表面形成等离子体鞘层的电位，使得到达靶表面的离子都要经 过相应的加速而获得能量，就会使得阴极物质发生溅射的现象。溅射是一个在离子 与物质表面原子碰撞过程中发生能量与动量转移、最终将物质表面原子激发出来的 复杂过程。溅射过程中最重要的参数之一是溅射产额，就是被溅射出来的物质的总 原子数与入射离子数之比，是衡量溅射过程效率的一个参数，它与入射离子能量、 入射离子种类和被溅射物质种类、离子入射角度以及靶材温度等实验参数有关。在 一定的温度范围内，溅射产额与靶材温度关系不大，其余几个参量都是可以调整的， 其中，元素的溅射产额随着元素外层d 电子数的增加而呈现周期性的变化( 如图1 - 1 a 所示) ；在定的加速电压条件下各种入射离子轰击材料表面得到的溅射产额随着入 射离子的原子序数增加而改变( 以a g 为例如图卜l b 所示) ，从图中结果可以看到， 使用惰性气体作为入射离子时，溅射产额较高，而且重离子的溅射产额明显高于轻 离子。此外，采用惰性气体离子作为入射离子还不会引起和靶材的化学反应。结合 考虑经济方面的原因，一般采用a r 离子作为薄膜溅射沉积时的入射离子。 2 考 泛2 4 篷2 0 墓1 6 嚣i 2 毫a 8 麓0 4 0 瞒 褪 臣 氍 洼 琛母序数 d 图1 l 不同的被溅射元素及不同的a 射离子对溅射产额的影响 a a r 离子在4 0 0 v 加速电压下对各种元素的溅射产额； b 一不同入射离子在4 5 k y 加速电压下对a g 的溅射产额 f i g i it h ee f f e c to fd i f f e r e n ts p u t t e r e de l e m e n t sa n di n c i d e n ti o n st os p u r t e r i n gy i e l d a t h es p u t t e r i n gy i e l do fa r i o na c c e l e r a t e db yt h ev o l t a g eo f4 0 0 v b t h es p u t t e r i n gy i e l do fd i f f e r e n ti n c i d e n ti o n sa c c e l e r a t e db yt h ev o l r a g eo f4 5 k v 1 2 2 溅射方法 溅射方法根据特性主要分为直流溅射、射频溅射、磁控溅射以及反应溅射，而 且可以根据需要将各种方法结合起来构成新的方法， l 鞯 ，j，f哺m n 心 雕川鬈 蘑c阳 c； s m 酗， n b n 薄膜的制备及等离子体诊断 ( 1 ) 直流溅射又称为阴极溅射或二极溅射。常用平行板电极结构，在真空室 内以与沉积材料为阴极，加工样品为阳极，工作期间两极间加直流电压引起放电， 放电气体中的离子被加速轰击靶面，溅射粒子沉积在基片表面成膜。直流溅射的设 备比较简单，能沉积高熔点、低蒸汽压的物质。但它只局限于低电阻率的靶材，薄 膜生长速率慢，且薄膜中往往含有较多的气体分子。 ( 2 )射频溅射是利用射频等离子体放电进行溅射的方法。它可用于各种金属 和非会属的靶材，且与直流溅射相比，工作气压和靶电压较低，沉积速率较高。 ( 3 ) 磁控溅射是一种沉积速度较高，工作气压较低的溅射技术，它利用了交 叉电磁场对二次电子的约束作用，使得二次电子与工作气体之间的碰撞电离几率大 大增加，从而提高等离子体的密度，这就导致溅射率提高，这一方面要归结于在磁 场中电子的电离效率提高，另一方面还因为在较低气压条件下溅射原子被散射的几 率减小。此外在磁控溅射工作模式下，由于碰撞电离几率增高，使得在较低的工作 气压和较低的溅射电压下就能产生自持放电。磁控溅射是目前应用最广泛的一种 溅射沉积方法。磁控溅射又分为平衡磁控溅射和非平衡磁控溅射两种。所谓的平衡 磁控溅射是指靶边缘和靶中心的磁场强度相同，磁力线全部在靶表面闭合；而非平 衡磁控溅射是指靶边缘的磁场强度高于靶中心，磁力线不能全部在靶表面闭合，有 一部分扩展到基片上。二者尽管在设计上差别不大，但在沉积过程中表现却大不相 图卜2 平衡磁控溅射和非平衡磁控溅射磁场对等离子体的约束 f i g 1 2t h ec o n f i n e m e n to fb a l a n c em a g n e t r o ns p u t t e r i n ga n du n b a l a n c em a g n e t r o n s p u t t e r i n gt ot h ep l a s m a 同( 如图1 _ 2 所示) ，非平衡磁控溅射更适合在较大或较复杂的表面上制备致密的、 内应力小的薄膜。 ( 4 )反应溅射是在上述溅射方法的基础上，在沉积室内通入反应性气体，使得 溅射粒子和反应性气体发生化学反应，从而合成化合物薄膜。一般认为，化合物是 在原子沉积的过程中在基片表面形成的。反应溅射克服了用化含物靶材沉积薄膜时 因选择溅射效应而产生的难以控制薄膜化学成分的缺点。1 ，可以在低温下台成高纯 n b n 薄膜的制各及等离子体诊断 度的化合物薄膜。不过，随着活性气体压力的增加，靶材表面也可能形成一层相应 的化台物，这样入射离子不是在对金属靶材进行溅射，而是在溅射不断形成的表层 化合物，导致溅射和薄膜沉积速率的降低，这种现象被称为靶材的中毒。靶中毒导 致溅射以及薄膜沉积速率下降的原因在于化合物的溅射产额低于金属的溅射产额， 而其二次电子发射能力大于金属。溅射离子的能量被大量的用于二次电子发射，而 用于溅射的能量减少。避免靶中毒的可能措施包括提高靶材的溅射速率，提高活性 气体的利用率以及采用脉冲偏压等手段。 此外，由于在溅射沉积过程中，低能粒子对薄膜生长表面的轰击有利于得到致 密的、应力较小且微结构较好的薄膜，这就要求在基片表面区域工作气体的电离率 要高，因此增加电离源就成为一种选择，也就是等离子体辅助磁控溅射。它的特点 是：工作气体的电离率高，可以产生高密度的等离子体；溅射气压低，使得溅射粒 子的平均自由程较大，减少了因碰撞而损失的能量这意昧着薄膜生长所需能量不 但可以由离子提供，也可以有中性溅射粒子提供。 1 3 本论文的目的以及主要工作 金属铀由于其高密度和独特的核物理性能，在核工业上具有广泛的应用，但铀 的化学性质十分活泼，铀及铀合金容易和环境中的活性介质反应导致腐蚀失效，因 此提高耐腐蚀性能成为核材料急需解决的重大课题。合金化无疑是改善抗蚀性能的 一个重要手段，但是合金化不可避免地带来了核材料的掺杂并带来性能的下降，同 时给核材料的回收、处理、再利用带来了困难。因此表面处理就成为主要解决方案， 目前表面涂层技术已尝试用于这方面的研究“。 过度金属的氮化物和碳化物具有很多引人注目的特性，如良好的耐磨损性能、 高硬度和耐腐蚀性能”7 ”。此外过渡金属及其氮化物由于其很低的电阻率，在微机 械、微电子和传感器以及超导电子学领域都扮演着重要的角色9 ，其中n b n 具有 较高的临界电流密度、较高的i 临界超导转变温度和良好的力学性能，在微电子、传 感器、微机械、超导电子学和表面强化领域等方面有广阔的应用前景。n b n 薄还具 有高硬度、高耐磨性、耐腐蚀性和良好的热稳定性，使其成为一种重要的表面涂层 材料3 ，但目前主要被应用于超导方面的研究，而在机械性能方面的研究还是很不 够的“，而且多是与t i n n b n 多层复合膜的形式出现，对n b n 单层膜的研究相对少 一些。目前，制备n b n 的主要方法是反应磁控溅射“3 “1 ，此外还有离子束增强沉 积法“”、离化原子团束辅助沉积“、脉冲激光沉积“”、真空阴极弧离子镀。“等多种 工艺，各有特点。 我们要研究的方向就是在铀表面制备过渡金属的氮化物薄膜来解决它的腐蚀失 效的问题，由于4 5 号钢的腐蚀性能和铀比较接近，而且成本低，因此，实验当中采 用4 5 # 钢代替铀作为基体材料；为了避免基片本身的缺陷对表征薄膜的微观形貌以 4 n b n 薄膜的制各及等离子体诊断 及粗糙度产生影响，实验中还以单晶硅片( t o o ) 作为基片制各了样品。本文所做的 工作是用朗缪尔探针及发射光谱( 0 e s ) 对多功能p s i i 系统进行等离予体诊断，确 定实验参数，然后采用微波e c r 等离子体增强直流反应非平衡磁控溅射法制备氮化 铌( n b n ) 薄膜，尝试一种新颖的薄膜制备工艺，表征并分析薄膜的成分、结构和性 能，为进一步改进参数以及在异型件上制各薄膜和制备多层复合膜提供参考。 n b n 薄膜的制备及等离子体诊断 2 1 实验设备 2 朗缪尔探针诊断 本文所做实验是在耨颖的双谐振腔微波e c r 多功能等离子体源离子注入( p s i i ) 系统( 如图2 一l 所示) 上进行的。该系统由大连理工大学三束实验室研制，可进行 等离子体源离子注入( p s i i ) 。“，磁控溅射。”、等离子体增强物理气相沉积( p v d ) ”、等离子体增强化学气相沉积( p e c v d ) o ”以及等离子体源离子氮化( p s i n ) 等多 种工艺，都取得了很好的效果。通过调整该设备的两个e c r 磁场线圈的电流方向。 在真空室内可以分别得到会切场和磁镜场两种磁场位形，这两种磁场位形均能约束 等离子体。”硎，从而得到高密度的等离子体。在制备n b n 薄膜过程中，微波e c r 等 离子体既可以提供磁控溅射的初始溅射离子，又可以提供薄膜生长的活性反应基团， 此外还可以提供粒子对形成的薄膜进行辅助轰击，使得形成的薄膜结构致密。 系统主要由微波系统、真空系统、配气系统、水冷系统以及控制电路组成。微 波系统是由频率为2 4 5 g h z 的微波发生器、环形器、双向耦合器、三销钉调配器以 及波导管所组成，微波功率从1 0 0 - 1 0 0 0 w 连续可调。主真空室为中6 0 0 唧8 0 0f i l m 的圆柱形不锈钢腔体，腔体两侧相对放置着两个由圆柱形水冷线圈包围的oi 5 0 m m 1 8 0m m 的e c r 谐振腔，抽真空系统由机械泵和涡轮分子泵级联组成，涡轮分子泵 的抽速为1 2 0 0 1 s ，真空极限可达1 0 p a 。水冷的磁控溅射靶和样品台分别位于真空 室中心的上下两侧，改变样品台的高度，可以调整靶基距。 1 h 辨_ p 图2 - 1 多功能p s i i 系统溅射沉积装置图 f i g 2 - 1t h ed i a g r a m m a t i cs k e t c ho f m u l t i f u n c t i o np s i ls y s t e m sd e p o s i t i o ns y s t e m 6 n b n 薄膜的制备及等离子体诊断 2 2 朗缪尔探针 2 2 1 探针诊断的必要- 眭 虽然经常报道一些e c r 等离子体设备的控制参数( 如气压、流量、微波功率、 射频功率和磁场强度等) 对实验结果的影响，但这些控制参数根据设备的不同而改 变，这也就使得理解一般工艺参数对结果的影响变得困难啪1 ，因此等离子体诊断显 得十分重要，它可以为实验提供依据和指导。朗缪尔探针是最早的等离子体诊断手 段之一，它具有结果简单、操作简便、测量得到的参数较全面等特点，但由于探针 的边缘效应等原因，使得拐点难以确定，给分析带来了一定的困难。我们结合发射 探针的方法，确定拐点位置，用朗缪探针对多功能p s i i 系统会切场中等离子体的参 数进行了诊断。 2 2 2 朗缪尔探针的工作原理 等离子体中放入一悬浮金属丝，由于等离子体内电子质量远小于离子质量，电 子速度远大于离子速度，这将