PECVD镀膜设备控制系统开发论文.pdf

分类号密 级 udc 学位论文 pecvo 镀膜设备 的控制系统开发 作 者 姓 名:韩凤芹 指导 教 师:张家 生 教授 东 北大 学信 息 与工程 学 院 申请 学 位 级 别 :硕士学 科 类别: 工 学 学科专业名称 :控制理论与控制工程 论文提 交 日期 : 学位 授 予 日期 : 2009 年 6 月 2009 年 7 月 论文答辩 日期 : 2009 年 6 月 答辩委员会三 扫常: 汪晋宽 教授 评阅人: 材 犷 、 列丸 东 北 大 学 2009 年 6 月 at h esis fo r th e d eg ree o f ma ster in co n tro l th eo ry a n d co n tro l en g in eerin g c o n tro l s y stem d ev elo p m en t o n a p la sm a e n h a n ced p e c v d f ilm c o a tin g ma eh in e b y h an f en g q in s u p erv iso r : p ro fesso r z h an g jiash en g n orth eastern u n iv ersity j u n e 2 0 0 9 东北大学硕士学位论文摘要 pecvo 镀膜设备的控制系统开发 摘要 在现代科学技术与工业生产的发展进程中，真空镀膜技术处于非常重要的地位 ，往 往 由于一种新真空镀膜设备 的研制或一项新工 艺的应用 ，直接带来 巨大 的经济效益和社 会效益 。 等离子体增强化学气相沉积镀膜设备 (pecvd) 可用于纳米级功能薄膜 、硬质膜 、 光学薄膜 的开发 ，本文的 目的是开发用于此种镀膜设备 的控制系统 。本文选定沈 阳科学 仪器研制 中心正在研发的平板式太 阳能 电池制备设备为研究对象 ，根据科研工艺的要 求 ，开发 了一套 以opto 22 公司产 品为基础 的控制系统 。该系统采用基本 的两级控制结 构 ，包括上位监控级和下位控制级 ，以工业控制计算机 为主控制器 ， 采用组态软件编程 ， 通讯 、数据处理能力强，控制系统 的结构易于调整 、升级 ，抗干扰能力强，通用性强。 控制级开发详细论述 了控制现场 的硬件结构设计 。重点是 以opto 22 公司的 自带编 程 的产 品来对镀膜 设备进行控制 ，通过plc 软件程序简化 了原有的硬件逻辑 电路 。装 、 卸载控制系统为核心 ，结合伺服 电机 以脉冲量控制移动的距离来对进 、出样运输 台进行 控制 。 装 、卸载控制系统开发和温度控制系统为重点，并进行 了硬件连接 ，实现 了以下控 制要求 : (l) 先分析加热丝温度 的特 点，而后确定控制 函数 ，并进行mat lab仿真 ，确定专家pid 算法 能很好 的抑制超调量 ，从而达到理论指导实际。 (2)实现温度控制系统报警 处理 。 (3)实现装 、卸载运行和工艺参数 的精确控制 。 (4 ) 实现各种数据 的存储及历史运行数据 查询 。 关键 词 : 真 空镀膜 设备 ; o pt o 22 ; 组态 软件 ; pecvd ; 控制器 一 h 一 东北大学硕士学位论文 ab straet c o n tro l s y stem d ev elop m en t o n a p lasm a e n h an eed p e c v d f ilm c o atin g maeh in e a b stract in m o d ern seien ce an d teehn o lo g y d ev elo p m en t an d in d u strial p rod u ctio n p ro eess，th e v acu u 们 以eo atin g teehn o log y p lay s a v ery im p o rtan t role， as a resu lt o f a n ew v acu u m eo atin g eq u ip m en t o r a n ew ap p licatio n o f techn o lo g y d ireetly g en erate h u g e eeo n o m ie b en efi ts an d so cial efl 七 ctiv en ess. plasm a enhaneed chem ieal vapor deposition fi lm coating m achine (pe c v d ) could be ap p lied to d ev elo p n an o m eter fun etio n al fi lm ， h ard fi lm an d o p tieal thin 一 film ， th e p u rpo se o f th is p ap er 15 to d esign a d istri b u ted co n tro l sy stem for th e m ach in e. in th is p ap er， it 15 selected to d ev elo p seien tifi e in strul n en ts for research an d d ev elo p m en t een ters b y s h en y an g are fl at一 p late so lar eq u ip m en t for the p rep aratio n o f th e stud y. a ceo rd in g to th e researeh p ro cess req u irem en t， it h as d ev elo p ed a set o f eo n tro l sy stem o n th e b ased o f th e o p t o 2 2 . th e eo n tro l sy stem in elu d es tw o 一 grad e eo n tro l，o n e 15 u p p er-m o n ito r grad e， th e o th er 15 l o w er-eo n trol grad e. it tak es in d u strial eo n tro l com p u ter as its m ain eo n tro lle叽 u ses eo n fi gu ra t io n so ft w are to p ro gram ，th erefore，it 15 p o w erful for com m u n ieatio n an d d ata process and it 15 easy to up grade and adjustm ent. it d iseu sses h ard w are structu r al d esign in co n tro l seen e ab o u t co n tro l grad e d ev elo p m en t. f o cu sed o n the eo mpan y ， 5 o w n p rogram m in g o p t o 2 2 p rod u ets to co n tr o l th e eo atin g m aehine，the hardw ar e logic eircui t beeom es si m plify th r ough the pl c of the ori ginal so ft w are p ro gram . l o ad in g an d u n lo ad in g co n tro l sy stem as th e eo re，eo m b in ed w ith servo m o to r eo n ty o i p u lse in th e d istan ee to m o v e in to an d o u t o f eo n tro l lik e tran sp o rt. it focu s on d esign in g lo ad in g ， u n lo ad in g eo n tro l sy stem an d tem p eratu re eon tro l sy stem d ev elo p m en t， foeu sin g o n h ard w are an d eo n n eetiv it又 to ach iev e th e follo w in g co n trol req u ire们 以 en ts: (l) first analysis the characteri stics of the heating w ire tem perature， and then detenn ine the eo n tr o l fun etio n ，an d matlab sim u latio n ，d eterm in in g the ex p ert p id alg o rith m ean inh ib it a g o o d am o u n t o f o v ersh o o t in o rder to m eet th e th eo retieal gu id e th e p ractice ; (2) te m perature eontrol system s alarm handling: (3)to achieve installed， uninstall operation and preeise eontrol ofproeess param eters; (4) saving var i ous data and histori eal data inquiry . k ey w o rd s :va eu u m fi lm eo atin g m aeh in e : o p t o 2 2 ; c o n fi gu ratio n so ft w are;p e c v d : c o n tro ller 一 111一 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声 明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i 摘要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . h a b stract . 111 第 1 章绪论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 .1 课题背景及意义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 .2 真 空镀膜 设备概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l 1 .2.1 真空镀膜技术分类 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2.2 真空镀膜技术原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 .3 控制系统概述 ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3.1 opto 22 控制系统 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1 .4 课题研究的主要 内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.4.1 plc 电气控制系统. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.4.2 工艺参数的精确控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 1.5 本文的主要研究 内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 第 2 章镀膜设备控制系统开发方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1 pecvo 设备结构介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2 pecvd 镀膜设备结构 的分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 2.3 pecvd 工艺参数研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .， . . . . . .16 2.3.1 温度对氮化硅薄膜影响研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3.z p cvo 工 艺过程 . . . . . . . . . . .， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . 21 2.4 控制 系统 总体方案 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.4.1 数字输 出量及其各个 元件 的功 能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 2.4.2 模拟量及其各个元件 的功 能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 2.4.3 数字输入量及其各个元件 的功 能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 2.4.4 脉 冲 量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .， . . . . . . . . . . .， 27 2.5 小结 . . . . . . . . . . .， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， ， . . . .， ， . . . . ， .27 第 3 章控 制级 系统硬件连接 图， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.1 opto 22 介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.2 op丁 0 22 的结构 图介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . 30 一 工 v 一 东北大学硕士学位论文 目录 3.2.1 snap一 lcsx and lcsx一 plus 的介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.2.2 连接数字量和模拟量的 b3000 和 brs 结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.3 b3000 和 brs 介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.3.1 b3000 的功能和原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33 3.3.2 brs 的功能和原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33 3.3.3 硬件连接 图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.4 小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 第 4 章装、卸载控制系统 . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.1 伺服 电机介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 4.2 控制位置的交流伺服 电机. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2.1 闭环伺服驱动系统的执行元件 . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2.2 闭环伺服驱动系统 的测量元件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4.3 限位 开关 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43 4.4 沈科仪装 卸载控制系统 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 4.4.1 伺服 电机控制模式的设置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 4.4.2 伺服 电机驱动器参数的设置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47 4.4.3 用脉冲方式控制伺服 电机 的优缺 点. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 4.4.4 装 、卸载 台的结构及控制系统 的原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 4.5 装 、卸载控制流程 图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 4.6 解析流程 图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 4.7 程序流程 图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . .52 4.8 小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 第 5 章结论 与展望 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 5.1 结论 . . . . . .， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 5.2 展 望 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， ， . . . . . . . . . . . . 57 致谢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . .， . . . .59 一 v一 东北大学硕士学位论文第 1章绪论 第 1 章绪论 课题背景及意义 真空薄膜技术 的迅猛发展起 因于现代科技发展 的需求 ，薄膜技术可有效而经济地 改 变零件表面功能， 防止 因磨损 、腐蚀或氧化 引起 的失效， 延长其使用寿命 。此外， 相对传 统材料制备技术， 薄膜技术能制备多种新型材料， 满足特殊使用条件和功能对新材料 的 需求， z。 太 阳能替代化石燃料正在迅速成为一种可能，然而 目前只有一小部分太 阳能用来世 界上 的 电力 ，预计到2040年这 一 比例将增长到 10% 或 以上 ，有 限的化石燃料和其对环境 不利影响正在推动太 阳能的兴起 ， 但它的成功取决于太阳能与其他能源在经济方面是否 更有竞争力 。尽管大规模经济和流程优化 已经让社会受到 了足够大 的利益 ，但 降低成本 仍是太 阳能制造 商主要关注 的问题2 。 本课题 以沈 阳科学仪器研制 中心正在研发的平板式太 阳能 电池制备设备为研究对 象 ，基于原 电气控制系统进行控制系统 的开发。在制备太 阳能电池工艺中，制备减反膜 是重要 的环节之一 。利用 多个 界面 的反射光线产 生干涉现象 ，能量相互抵 消 的原理 ，减 反膜可 以提 高光 的吸收率 ，降低光 的反射率 。制备减反膜有很多方法 ，pe c v d 是其 中方 法之一 ，pecvd技术是在真空条件下 ，在 中频 电源作用下 ，工作气体 电离直至产生等离 子体激 发工作气体 的活性 ，可 以在温度较低 的基片上反应 ，在基片上生成需要 的膜层 ， 这就是真空镀膜技术之一pecvd技术 ，随着镀膜技术 的发展 以及这些工业 的发展 ，人们 在镀膜装置 、相应 的薄膜工艺技术和 为装置 与工 艺服 务的 自动化控制技术 的领域 内也在 不断的进行着 改进 与完善 ，以期提 高复杂真 空镀膜 设备 的 自动化程度 ，从而达 到操作简 化 ，产 品质量提 高，故障分析处理及 时准确 ，科研 生产 效率提 高的 目的。 本人参与 了该项 目的装 、卸载plc程序 设计和部分连线 ，并设计 了温度控制系统及 仿真 ，提 出降低热惯性 的方法 ，上位组态 以及现场施工和调试 。并 以此来作 为本论文 的 课 题 。 2 真 空镀膜设备概述 真 空镀膜机 是 电子工业器件生产和研制过程 中广泛使用 的设备 ，也是科研 院所在科 学研 究 中经常使用 的设备 。目前应用 的真空镀膜机主要有蒸发镀膜机 、 磁控溅射镀膜机 、 多弧离子镀膜机 、化 学气相沉积镀膜机 、卷绕式真 空镀膜机 、电子束镀膜机等 ，可 以在 一 1 一 夕 东北大学硕士学位论文第 1章绪论 工件上镀各种不同的薄膜材料 ，各种设备的命名根据其采用的镀膜技术原理而定。 2.1 真空镀膜技术分类 真空镀膜技术属于气相沉积技术，这是利用各种材料在气相间、气相和固体基体表 面所产生的物理 、化学过程而沉积薄膜 的方法 。它又可 以分为物理气相沉积 (physical vapour depositi。 n，简称pvd)、化学气相沉积 (chemical vapour deposition，简称 cvd )、物理化学气相沉积 (physieal一chemical vapour dep。 sition，简称pcvd ) 和等 离子体增强化学气相沉积 (plasma enhaneed chemical vapor dep。 siti。 n，简称pecvn ) 3 2.2 真空镀膜技术原理 本课题研 究的对象沈阳科学仪器研制 中心正在研发的平板式太 阳能 电池制备设备， 采用的是中频等离子体增强化学气相沉积镀膜技术 ，内部结构采用的是平行板 电极 电容 祸合式结构 。等离子增强化学气相沉积 (plasm a e汕aneed e hem iealv 即。 :o eposi tion， pec v d ) 是国外70 年代初发展起来的新工艺，是 目前化学气相沉积方法 中应用最多的 一种方法 ，主要是为适应现代半导体工业的发展，制取优质的介质膜 。 2.2.1 等离子体增强化学气相沉积 (p cvd ) 法 等离子体增强化学气相沉积法是将低压气体放 电形成 的等离子体应用于化学气相 沉积 的一项具有发展前途 的新技术 ， 起最主要的特 点是依靠等离子体 的能量辅助增强化 学气相沉积 。 2.2.2 pecvd 的原理及特点 在低温等离子体 中，电子e和气体分子 (或原子 ) m碰撞时，出现下列过程 : ” 一 ( 漫 速 ) m +“ ( 决 速 分 m +m. +e(漫 速 m +ze(漫 速) m 为激 发原子 ，m 、m ” 分别为 由分子m解离的原子和原子 团 (活性基 ) ，m十 为正离子 。 具有高能量的 电子在碰撞过程 中起着 主要 的媒介作用 ，产生的活拨性 强的粒子促进化学 反应 的进行。 在pecvd装置 中，将基片置于低压辉光放 电的阴极上 ，通入适 当气体 ，在一定温度 下 ，利用化学反应和离子轰击相结合的过程 ，在基片表面沉积薄膜 。可见 ，pecvd包括 一 2 一 东 j呸 学 硕 . 主宇 位 壑. _ 二 _ _二_.一一一一一业主些生 化学气相沉积技术 ，又有等离子体放 电的强化作用。 本课题采用sih4、nh3、nz混合气体 ，在等离子体辉光放 电条件下沉积siynx 。生成 的一种 晶硅光伏减反射覆膜 。 利用直接氮化法制备氮化硅 的最大特 点是表面一旦形成氮化硅膜 以后 ，就把氮和硅 隔离开来 ，使得反应速度 降低 ，用直接氮化法制备si3n 4膜 ，一般膜厚在 1 onl n 以下 。同 时，为 了能够进行氮化反应 ，常常需要加热到较高的温度(一般 比c v d 法温度要高)。用 该方法制备的优点是氮化硅膜较其他制备方法致密、稳定5 。 1 .2.2.3 pecvd 装置 pe c v d 方法等离子体的产生多采用 的是直流和射频气体放 电模式 ， 主要是因为其应 用领域 多是一些绝缘介质薄膜的低温沉积 。但 由于多晶硅及氮化硅薄膜的绝缘性 ，本课 题首先排除用直流pe c v d 技术制备减反膜 。pe c v d 法射频放 电对结构要求较为苛刻 ， 所 以本课题选用 中频 电源 ，频率为40k h z，其工作原理与直流pec v d 一致 ，只是在每半 个工作周期 电极调换一次 。中频pe c v d 技术可 以很好 的解决基片及薄膜 的绝缘性 问题 ， 结构亦 比较简单， 对薄膜质量要求不高时，中频pec v d 技术制备氮化硅减反膜是最佳选 择 。中频放 电结构可分为外 电极式和 内电极式两种l6 ，由于只有接近等离子体的一定距 离范围内刁 可 以薄膜沉积 ，所 以我们选用 内电极式放 电方式 。对于内电极式放 电来说 ， 大多pe c v d 方法采用平板式结构 ，这种结构具备使大面积薄膜沉积成为可能。 图1.1为平板式等离子体反应装置 电极结构简 图。接 中频 电源 的电极称为中频 电极 ， 我们又称为上极板 。下部是基 片架 ，基片架接地 ，习惯上称之 为下极板 。 接 中频 接地 屏蔽上极板 基 片托架 图 1.1平板 式等 离子体反应装 置 电极 结构简 图 f ig . 1 .1 f lat币 an el p lasm a reaetor eleetr o d e structure d iaam 中频平板式 电极结构 的气体放 电情况与直流放 电相 比没有根本性变化 。唯一 的区别 就是每半个 周期时阳极与阴极 电位相互对调 。所 以我们简要考察 以下直流气体放 电过 程 。图中所示 的反应室 中，我们将上极板作为阳极 ，与地连接 的 电极作为阴极 。在对系 统预抽真 空后 ，充入适 当压力 的放 电气体 的载体 ，压力一般 处于 10一 一 10pa 的范围内， 再对 上 下极板 施加 一定 的直流 电压 。 一 3 一 东北大学硕士学位论文第 1章绪论 刚开始时，电极之 间几乎没有 电流通过 。因为这时气体原子大多处于中性状态 ，在 宏观上只能表现 出很微弱的电流，如图1. 2中曲线的开始阶段所示 。 电 孤 击 穿 电 毕电 钵击 穿 异常 辉光 旋电 、丽 蔽 蔽 2 一 胜枕 一 十 一 哪光 林 弧 光 众电 图1.2直流气体放 电伏安特性 曲线 f ig . 1 . 2 d c g as d isch arg e v o lt一 a哪ere eh aracter i stic cu rve 随着 电压 的逐渐升高 ， 电离粒子的运动也随之加快 ， 即放 电电流 随 电压增加而增加 。 当这部分 电离粒子的速度达到饱和时，