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带有射频偏压源的感性耦合Ar/O_(2)/Cl_(2)等离子体放电的混合模拟研究

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物理学报 2024年第4期73卷 209-223页

作者：佟磊赵明亮张钰如宋远红王友年大连理工大学物理学院三束材料改性教育部重点实验室大连116024

在刻蚀工艺中,通常会在感性耦合等离子体源的下极板上施加偏压源,以实现对离子能量和离子通量的独立调控.本文采用整体模型双向耦合一维流体鞘层模型,在Ar/O_(2)/Cl_(2)放电中,研究了偏压幅值和频率对等离子体特性及离子能量角度分布的... 详细信息

在刻蚀工艺中,通常会在感性耦合等离子体源的下极板上施加偏压源,以实现对离子能量和离子通量的独立调控.本文采用整体模型双向耦合一维流体鞘层模型,在Ar/O_(2)/Cl_(2)放电中,研究了偏压幅值和频率对等离子体特性及离子能量角度分布的影响.研究结果表明:当偏压频率为2.26 MHz时,随着偏压的增加,除了Cl^(–)离子和ClO^(+)离子的密度先增加后降低最后再增加外,其余带电粒子、O原子和Cl原子的密度都是先增加后基本保持不变最后再增加.当偏压频率为13.56和27.12 MHz时,除了Cl^(–)离子和Cl^(+)_(2)离子外,其余粒子密度随偏压的演化趋势与低频结果相似.随着偏压频率的提高,在低偏压范围内(300 V),由于偏压源对等离子体加热先减弱后增强,导致除了Cl^(+)_(2)离子和Cl^(–)离子外,其余带电粒子、O原子和Cl原子的密度都是先下降后增加的.此外,随着偏压频率的增加,离子能量分布中的高能峰和低能峰彼此靠近,离子能峰间距变窄,并最终变成单峰结构.本文的结论对于优化等离子体刻蚀工艺具有重要意义.

关键词：感性耦合等离子体偏压源混合模型离子能量离子通量

氢离子在固体表面掠角散射与能量损失的数值模拟

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物理学报 1999年第7期48卷 1275-1281页

作者：宋远红王友年宫野大连理工大学物理系三束材料改性国家重点实验室中国科学院上海冶金研究所离子束开放研究实验室

利用介电响应理论和镜像反射模型对氢离子在固体表面掠角散射和能量损失进行了数值模拟．离子在表面散射时同时受到表面上原子的库仑排斥作用和表面电子气的动力学相互作用，后者是表面电子受运动的正离子扰动所产生，用线性介电响应理... 详细信息

利用介电响应理论和镜像反射模型对氢离子在固体表面掠角散射和能量损失进行了数值模拟．离子在表面散射时同时受到表面上原子的库仑排斥作用和表面电子气的动力学相互作用，后者是表面电子受运动的正离子扰动所产生，用线性介电响应理论来确定．在高速和低速情况下，分别采用仅与频率有关的局域介电函数和局域场修正介电函数来确定表面电子气产生的动力学相互作用力．计算结果与实验结果作了比较．发现入射速度很低时能量损失随入射角度变化不太明显。

关键词：氢离子固体表面掠角散射能量损失数值模拟

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GaAs中杂质扩散机制

大连理工大学学报 1997年第2期37卷 166-171,181页

作者：孙继忠宋远红大连理工大学三束材料改性国家重点实验室

针对杂质在ＧａＡｓ中扩散机制这一基础研究和技术应用中急需解决的问题，主要介绍了应用广泛的ｎ型杂质Ｓｉ、Ｓｎ，ｐ型杂质Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｇ的几种可能扩散机制以及国际上有关这些杂质研究的进展情况．从目前的研究状况可以得出这样... 详细信息

针对杂质在ＧａＡｓ中扩散机制这一基础研究和技术应用中急需解决的问题，主要介绍了应用广泛的ｎ型杂质Ｓｉ、Ｓｎ，ｐ型杂质Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｇ的几种可能扩散机制以及国际上有关这些杂质研究的进展情况．从目前的研究状况可以得出这样的结论：在ＧａＡｓ中，Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｇ等ｐ型杂质是以置换填隙机制扩散的，Ｓｉ。

关键词：砷化镓杂质扩散机制化合物半导体

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压缩机用T型槽干气密封技术的研究

压缩机用T型槽干气密封技术的研究

作者：宋远红西华大学

学位级别：硕士

压缩机用干气密封的可靠性对于实现生产装置的安全、稳定、长周期运行以及生产经济效益最大化至关重要。近年来,随着密封技术的不断发展,出现了新的密封型式——T型槽干气密封。其密封原理是:当密封端面副间有相对运动时,槽的泵送效应... 详细信息

压缩机用干气密封的可靠性对于实现生产装置的安全、稳定、长周期运行以及生产经济效益最大化至关重要。近年来,随着密封技术的不断发展,出现了新的密封型式——T型槽干气密封。其密封原理是:当密封端面副间有相对运动时,槽的泵送效应和台阶效应使密封气体产生流体动压效应,在两密封端面副间形成稳定的有一定刚度的气膜,这层气膜保证密封工作在非接触状态,同时使密封泄漏量从理论上可达到零泄露水平。与传统机械密封相比,T型槽干气密封具有泄漏量少(理论上甚至可达零泄露)、端面磨损小、运行寿命长和可靠性高等优点。目前,该类密封已被广泛用于离心式压缩机、离心泵及其他高速高压设备中。 T型槽干气密封除了同螺旋槽一样能产生较好的流体动压效应外,其旋转方向还不受限制可以双向旋转,这避免了由于反向旋转而造成的密封失效,从而使T型槽干气密封的应用范围更加广泛,大大提高了它的研究和使用价值。目前密封领域对干气密封的研究主要是针对螺旋槽型,对T型槽等其他槽型的研究非常少,每一种槽型都有它的适用范围,实践中应根据具体的工况来选择合适的槽型,因此对T型槽等其他槽型的研究非常有必要。在大量参考螺旋槽干气密封文献基础上,本文以T型槽干气密封为研究对象,主要对它的气膜流场进行求解、分析。本文的主要工作是对T型槽干气密封端面间气膜流场进行建模、确定计算区域及推导其控制方程,采用目前市面上比较流行的计算流体动力学(CFD)软件包FLUENT对T型槽干气密封气膜流场进行数值求解、分析,求解得到了密封端面间气膜压力场分布,在此基础上推导了密封特性的主要性能参数(如:开启力、密封泄露量、气膜刚度、功耗等)的计算式,并且还就影响密封稳定性和密封性的工况参数和槽型几何参数对密封性能的具体影响进行了分析讨论,得到了部分槽型几何参数的较佳值(如:槽数Ng为12～16之间,密封坝长比1为0.4～0.6,槽深h为4～6μm),这些较佳值为工程设计提供了一定的指导和参考价值。由于L型槽和T型槽的结构非常相似,本文对这两种槽形的密封性能进行了一定的分析比较,得出了T型槽的密封性能略优于L型槽的结论。

关键词： T型槽干气密封 FLUENT 有限体积法(FVM)

等离子体源离子注入鞘层随时空演化的数值模拟

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计算物理 1995年第4期12卷 528-534页

作者：宋远红宫野王德真大连理工大学

在等离子体源离子注入装置中（ＰＳＩＩ），靶被直接放入均匀等离子体源中，并在其上加负高压脉冲，从而使靶的周围形成了一个只存在离子的等离子体鞘层，离子以较高速度注入靶中。利用冷流体方程和泊松方程组成的非线性方程组对一维平... 详细信息

在等离子体源离子注入装置中（ＰＳＩＩ），靶被直接放入均匀等离子体源中，并在其上加负高压脉冲，从而使靶的周围形成了一个只存在离子的等离子体鞘层，离子以较高速度注入靶中。利用冷流体方程和泊松方程组成的非线性方程组对一维平面几何鞘层时空演化过程进行数值模拟，所采用的负高电势脉冲波形为方波和梯形波，得到了电子密度、离子密度、电势分布的时空演化曲线，并首次对梯形波下降沿时间内鞘层时空演化作了详细讨论。

关键词：等离子体源离子注入鞘层数值模拟

带电粒子与磁化等离子体相互作用的极化效应及能量损失

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强激光与粒子束 2008年第11期20卷 1919-1922页

作者：胡章虎王琼宋远红王友年大连理工大学物理与光电工程学院辽宁大连116024

利用线性Vlasov-Poisson方程,研究了带电粒子在磁化二份量等离子体中运动时产生的动力学极化效应及能量损失,重点分析了外磁场及等离子体中离子的极化效应对入射粒子能量损失响。数值结果表明:入射粒子的能量损失有两个峰,分别位于高速... 详细信息

利用线性Vlasov-Poisson方程,研究了带电粒子在磁化二份量等离子体中运动时产生的动力学极化效应及能量损失,重点分析了外磁场及等离子体中离子的极化效应对入射粒子能量损失响。数值结果表明:入射粒子的能量损失有两个峰,分别位于高速区和低速区,对应于等离子体中的电子极化效应和离子极化效应。在强磁场情况下,低速粒子的能量损失主要来自离子的极化效应;而在弱磁场情况下,高速粒子的能量损失则主要来自于电子的极化效应。

关键词：磁化等离子体带电粒子极化效应能量损失

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相位角对容性耦合电非对称放电特性的影响

物理学报 2018年第22期67卷 351-362页

作者：胡艳婷张钰如宋远红王友年大连理工大学物理学院三束材料改性教育部重点实验室大连116024

电非对称效应作为一种新兴技术,被广泛用于对离子能量和离子通量的独立调控.此外,在改善等离子体的径向均匀性方面,电非对称效应也发挥了重要作用.本文采用二维流体力学模型,并耦合麦克斯韦方程组,系统地研究了容性耦合氢等离子体中当... 详细信息

电非对称效应作为一种新兴技术,被广泛用于对离子能量和离子通量的独立调控.此外,在改善等离子体的径向均匀性方面,电非对称效应也发挥了重要作用.本文采用二维流体力学模型,并耦合麦克斯韦方程组,系统地研究了容性耦合氢等离子体中当放电由多谐波叠加驱动时,不同谐波阶数k下的电非对称效应,重点观察了相位角θ_n对自偏压以及等离子体径向均匀性的影响.模拟结果表明:在同一谐波阶数下,自偏压随相位角θ_n的变化趋势不尽相同,且当k增大(k> 3)时,自偏压随最高频相位角θ_k的变化范围逐渐减小.此外,通过调节相位角θ_n,可以改变轴向功率密度和径向功率密度的相对关系,进而实现对等离子体径向均匀性的调节.研究结果对于利用电非对称效应优化等离子体工艺过程具有一定的指导意义.

关键词：容性耦合等离子体流体模拟电非对称效应径向均匀性

电非对称双频容性耦合CF_4/Ar放电电极间距对放电模式和刻蚀剖面的影响

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物理学报 2021年第9期70卷 169-178页

作者：董婉徐海文戴忠玲宋远红王友年大连理工大学物理学院三束材料改性教育部重点实验室大连116024

容性耦合等离子体技术广泛应用在半导体工业、生物医药、环境等领域,是不可替代的核心处理技术.基于电非对称双频源驱动的容性耦合等离子体因其可以实现离子能量和离子通量的相对独立调控而一直被寄予厚望.本文采用一维流体耦合蒙特卡... 详细信息

容性耦合等离子体技术广泛应用在半导体工业、生物医药、环境等领域,是不可替代的核心处理技术.基于电非对称双频源驱动的容性耦合等离子体因其可以实现离子能量和离子通量的相对独立调控而一直被寄予厚望.本文采用一维流体耦合蒙特卡罗模型和刻蚀槽模型,对基于电非对称效应的双频容性耦合CF_4/Ar混合气体放电进行了模拟研究.研究表明,随着电极间距的增大,自偏压的绝对值和电负性均减小.此外,由于放电区域变大但边界损失保持不变,会导致外部馈入功率显著增加和等离子体密度增大.本文采用CF_4/Ar混合气体,其中Ar含量很高,气体电负性不是很高,因此放电模式在不同的电极间距下都是a模式和双极扩散模式的共同作用.在电极间距逐渐变大的过程中,因为自偏压的变化导致离子能量分布中最大离子能量减小并且离子能量展宽变窄,功率极板处离子通量的变化不明显,中性基团通量的增大十分显著,这些变化最终导致相同时间内的刻蚀速率和形貌发生改变.所以,在未来研究中,不仅离子能量和通量的独立控制,优化离子通量和中性基团通量的协同作用达到调节刻蚀速率、改善刻蚀形貌同样是重要研究内容.

关键词：电非对称效应离子和中性基团的协同作用电极间距放电模式

容性耦合等离子体中电子加热过程及放电参数控制

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物理学报 2021年第9期70卷 80-98页

作者：王丽温德奇田崇彪宋远红王友年大连理工大学物理学院大连116024 德国波鸿鲁尔大学电子工程与信息科学学院波鸿D-44780 美国密歇根州立大学电子与计算机工程学院东兰辛48823

容性耦合等离子体放电因在工业界有重要的应用价值而受到广泛关注.对于容性耦合等离子体放电的研究主要集中于对等离子体参数的控制,以实现更好的工艺效果,例如高深宽比刻蚀等.而关于等离子体参数的调控主要分为气体、腔室以及源这三个... 详细信息

容性耦合等离子体放电因在工业界有重要的应用价值而受到广泛关注.对于容性耦合等离子体放电的研究主要集中于对等离子体参数的控制,以实现更好的工艺效果,例如高深宽比刻蚀等.而关于等离子体参数的调控主要分为气体、腔室以及源这三个方面.改变这些外部参数,可以直接影响鞘层的动力学过程以及带电粒子的加热过程,进而实现对电子和离子能量、通量,等离子体均匀性,中性基团的密度等的控制,最终提高工艺质量和生产效率.本文梳理了近些年容性耦合等离子体研究的几个主要方向,尤其对等离子体放电中非常基础且重要的电子加热动力学问题进行了详尽的讨论,并重点介绍了一些通过外部放电参数调控容性耦合等离子体放电的手段和相关的研究热点.

关键词：容性耦合等离子体电子加热机制电子动力学模拟方法和实验诊断