Нелинейные взаимодействия разрывных акустических волн в средах с распределенными в объеме и на границах случайными неоднородностями (1097762), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Спектральная чувствительность спектрометрических системкалибровалась с помощью светоизмерительной лампы Си-10-300У.Для проведения пространственных измерений интенсивности излученияиспользовалась механическая сканирующая система, состоящая из подвижнойузкой щели шириной 0.8 мм, жестко соединенной со стеклянным световодомдиаметром 4 мм, второй конец которого жестко устанавливался напротиввходной щели спектрографа/монохроматора.
С помощью реверсивногоэлектродвигателя и передаточной механической системы щель перемещаласьот ВЧ к заземленному электроду и обратно со скоростью ~ 7 мм в минуту.Система позволяла получать пространственное разрешение ~ 1 мм.В третьей главе представлены электрические и оптическиехарактеристики ВЧЕ разряда в аргоне. Моделируется ФРЭЭ в традиционномВЧЕ разряде и рассчитываются распределение концентрации и средней энергииэлектронов и интенсивности излучения вдоль разрядного промежутка.Изучаются характеристики ВЧЕ разряда в магнитном поле и анализируетсявлияние дрейфа электронов в магнитном поле на характеристики разряда.Изучено влияние магнитного поля, давления аргона и мощности разрядана ВЧ ток, ВЧ напряжение и постоянное напряжение самосмещения ВЧЕразряда. Показано, что увеличение величины постоянного магнитного поляприводит к падению тока и напряжения, что является результатом увеличенияактивной составляющей сопротивления разрядного промежутка.
Отношениепостоянного напряжения самосмещения к высокочастотному напряжению(U__/URF) составляет величину от 0.5 до 0.85 и является функцией внешнихпараметров разряда: уменьшается с ростом магнитного поля (рис. 3) иуменьшением давления.Зондовыми методами измерены концентрация заряженных частиц итемпература электронов. Показано, что магнитное поле приводит к увеличениюконцентрации заряженных частиц и слабо влияет на температуру электронов(рис. 4). Увеличение мощности приводит к увеличению концентрации иуменьшению температуры электронов. Рост давления приводит к уменьшениюконцентрации заряженных частиц при магнитном поле 100 Гс и к ееувеличению при магнитном поле 25 Гс; температура электронов слабо зависитот давления.Оптическими методами изучены интенсивность излучения и толщинаприэлектродного слоя у ВЧ электрода.
Усредненная за период толщина слояпространственного заряда у ВЧ электрода составляет величину от ~4 до 10 мм.Толщина слоя пространственного заряда уменьшается с ростом давления имагнитного поля (рис. 5) и практически не зависит от подводимой мощности.Показано, что интенсивность спектpальных линий аргона линейно растетс увеличением подводимой к разряду мощности и магнитного поля.
Ростдавления аргона в разрядной камере приводит к уменьшению интенсивностиспектpальных линий аргона при магнитном поле 100 Гс и к увеличению ихинтенсивности при слабом магнитном поле (~25 Гс).15URF225U_U_/URFU_/URF2002.5102.081251.010010866Ne16Ne , 10 м1.5150-3175б)Te44275Te, эВU, В25020.55020406080100B, ГсРис 3. Зависимости ВЧ напряжения URF,напряжения самосмещения U__и отношенияU_/URF от магнитного поля, Р=2 Па, W=80Вт.0204060801000B, ГсРис4.Зависимостиконцентрациизаряженныхчастицитемпературыэлектронов от магнитного поля, P= 2 Па,W=80 Вт.Влияниемагнитногополянахарактеристики ВЧЕ разряда в диапазоне10давлений от 10 до 650 Па дополнительноисследовано в рамках одномерной8гидродинамическоймодели[47*].Показано, что при давлении аргона >10061Па наложение магнитного поля не24оказываетзаметноговлияниянахарактеристики разряда. При давлениях2406080100120<100 Па влияние магнитного поля сB, Гсуменьшениемдавлениягазаувеличивается.
Наложение внешнегоРис. 5. Средняя толщина слояпространственного заряда у ВЧмагнитного поля при Р<100 Па ведет кэлектрода в зависимости от величиныуменьшению падения потенциала вмагнитного поля, Р=0.1 Па, W=80 Вт. 1приэлектродных областях, уменьшению– использовалась линия ArI 750.3 нм, 2толщины приэлектродных областей,– ArII 434.8 нм.увеличениюнапряженностиэлектрического поля у электродов. В центральных областях разряда(положительный столб) наложение магнитного поля приводит к увеличениюконцентрации (рис. 6) и средней энергии электронов. При наложениимагнитного поля средняя энергия электронов на границе плазма-слой сильноувеличивается, приводя к появлению резких максимумов энергии электронов.Показано, что в ВЧЕ разряде в магнитном поле в диапазоне магнитныхполей ³ 25 Гс и давлений Р £ 10 Па подвижность электронов в радиальномнаправлении значительно сокращается, что сильно уменьшает потериэлектронов на стенках и удерживает вторичные электроны вблизи слоя.
Этоспособствует сильному увеличению скорости ионизации вслоеиплотностей заряженных частиц во всем разрядном промежутке, чтоdsh, мм1216результируетсявувеличении сопротив1010ленияплазмыиуменьшении сдвига фаз101014 Памеждутокоми70 Па1010напряжением. Допол400 Панительно, дрейф элек650 Па1010тронов в магнитном0123401234полеприводиткd, смd, смотноРис. 6. Усредненные заВЧ период распределения уменьшениюподвижностейконцентрации электронов в межэлектродном промежутке при шенияразличных давлениях; (а) В=0, (б) В=100 Гс.электронов me и ионовmi.
Уменьшение отношения me/mi приводит к уменьшению постоянного напряжения самосмещения итолщины слоя, что с одной стороны увеличивает роль ионов в токепроводимости, и с другой стороны уменьшает энергию ионной бомбардировки.В целом, разряд становится более электроположительным.б)а)10998877ne, см-310В четвертой главе описываются результаты экспериментального ичисленного исследования оптических характеристик и внутренних параметровплазмы традиционного ВЧЕ разряда в трифторбромметане (CF3Br).Эксперименты выполнены в ассиметричном высокочастотном реактореемкостного типа диодной конфигурации.51234NBr , %4321001020x, мм3040Рис.7.Аксиальноераспределениеконцентрации атомов Br в ВЧЕ разряде вCF3Br (P=5 Па, W=150 Вт).
Кривые (1, 2)получены без пластины Si на ВЧ электроде,(3, 4) – при наличии на ВЧ электродепластины Si. (1,3) – данные получены поактинометрической паре (Br I 7005 Å)/ (Ar I7504 Å); (2,4) – (Br I 4525 Å)/ (Ar I 4300 Å). 0мм – ВЧ электрод; 40 мм – заземленныйэлектрод.Методом оптической актинометрии [48*, 49*] по отношениюинтенсивностей спектральных линий (BrI 452.5 нм)/(ArI 430.0 нм), (BrI 700.5нм)/(ArI 750.4 нм) и (FI 685.6 нм)/(ArI 750.4 нм) измерены абсолютныеконцентрации атомарных радикалов Br и F.Показано, что концентрация атомов брома в ВЧЕ разряде в CF3Br вдесятки раз превышает концентрацию атомов фтора.
Концентрации атомарныхрадикалов Br и F растут с увеличением мощности разряда и давления газа.Измерено распределение атомов Br в межэлектродном промежутке (рис. 7).Присутствие кремния на ВЧ электроде изменяет аксиальное распределениеатомов брома в разряде: распределение приобретает ассиметричный профиль с17максимумом вблизи ВЧ электрода и минимумом вблизи заземленногоэлектрода.Двумяметодами(термопарнымиспектральным)изученопространственное распределение температуры газа в ВЧЕ разряде в CF3Br (рис.8, 9). Показано, что температура газа низка и не превышает 550К.600401255030x, ммT, K5004504002010350300370 K420 K470 K490 Kэлектродызаземленный электрод0010203040ВЧ электрод020406080100r, ммx, ммРис.8.Аксиальноераспределениетемпературы газа в ВЧЕ разряде в CF3Br(P=5 Па, W=150 Вт). 1–термопарные; 2–спектроскопические измерения.Рис.
9. Поле температур тяжелых частиц впространстве между электродами ВЧЕразряда в CF3Br (P=7 Па, W=100 Вт).Численным решением дифференциального уравнения баланса тепловойэнергиивразряде1 ¶ æ ¶S ö ¶ 2 S) 0+ Q(r , z=çr ÷ +r ¶r è ¶r ø ¶z 2дляэкспериментальноизмеренного поля температур Tij восстановлен двумерный профиль источниковтепла Q(r, z) в плазме ВЧЕ разряда ( ¶S (T ) = k (T )¶T – тепловой потенциал, k(T) –коэффициент теплопроводности). Показано, что максимумы тепловыделениянаблюдаются на расстоянии 2–4 мм от каждого из электродов, тепловыделениевблизи ВЧ электрода существенно превышает тепловыделение у заземленногоэлектрода.Разработана кинетическая модель газофазных реакций в CF3Br плазмеВЧЕ разряда.
На основе решения системы дифференциальных уравнений типа:dni (t )= f (ni (t )) рассчитаны кинетические кривые (зависимости от времени) дляdtконцентраций 33 компонент плазмы: CF3Br, CF2Br, CFBr, CFBr2, CF2Br2, CF4,CF3 , CF2, CF, Br, F, C, Br2, F2, FBr, C2F4, C2F5, C2F6, C3F7, CF2Br+, CFBr+, CF3+,CF2+, CF+, Br+, F+, C+, Br2+, F2+, BrF+, C2F4+, Br-, F-. Решение системыдифференциальных уравнений проводилось по алгоритму Гира для численногоинтегрирования жестких систем однородных дифференциальных уравнений.Температура и концентрация электронов предполагались заданными.
Несмотряна ряд ограничений, модель приводит к тем же самым типам основных ионов,которые наблюдались с помощью масс-спектроскопии [3].18Рассчитаны концентрации компонент плазмы для условий (давление газа,температура электронов) типичных для травления кремния в ВЧЕ разряде вCF3Br. Показано, что основными положительными ионами в CF3Br плазме ВЧЕразряда являются ионы CF3+, основными отрицательными ионами − ионы Br- иF- (рис. 10). Плазма сильно электроотрицательна.
Степень диссоциации CF3Brдостигает 20%.Основныминейтральнымипродуктами газофазных реакций1010являются CF2Br, C2F6, FBr и Br,плотности этих компонент близки910и достигают значений порядка8106×1013см-3.Рассчитанные++CBrFBr72плотности атомов Br близки к10++CF3Br2экспериментальноизмеренным.6+10CF2BrЗначительна плотность молекул+5брома Br2 и радикалов CF2 и CF3.CFF10Результаты измерений и расчета0.00.20.40.60.81.0концентраций компонент плазмыt, стрифторбромметанапозволяютРис. 10. Концентрации основных ионов в CBrF3 лучшепонятьмеханизмплазме ВЧЕ разряда в зависимости от времени;анизотропного травления кремнияne= 107cм-3, Te=3 эВ, Tg=400K, P=5 Пa.в CF3Br плазме. Бром не образуетгазообразных соединений с кремнием и играет пассивную роль, поэтомутравящими компонентами будут CF3+, F и фторсодержащие радикалы,образующие летучий SiF4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
