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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

容性耦合硅烷等离子体尘埃颗粒空间分布的二维流体模拟

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物理学报 2023年第16期72卷 181-189页

作者：段蒙悦贾文柱张莹莹张逸凡宋远红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 西南大学人工智能学院重庆400715

基于自主研发的二维流体尘埃模型,研究了射频容性耦合硅烷等离子体放电中不同腔室结构对尘埃颗粒密度空间分布的影响.模拟发现,有别于一维模型,径向电场和作用在尘埃颗粒上的离子拖拽力径向分量是导致尘埃颗粒密度分布径向不均匀的主要... 详细信息

基于自主研发的二维流体尘埃模型,研究了射频容性耦合硅烷等离子体放电中不同腔室结构对尘埃颗粒密度空间分布的影响.模拟发现,有别于一维模型,径向电场和作用在尘埃颗粒上的离子拖拽力径向分量是导致尘埃颗粒密度分布径向不均匀的主要因素,使其在极板边缘处呈现两个局部峰值,其中一个峰值表明尘埃颗粒有可能会克服电场力的支撑更接近极板.在极板半径较小或极板间距较小的情况下,径向离子拖拽力的作用增强,使尘埃颗粒更易于在极板边缘处和腔室侧壁附近聚集,出现环状尘埃颗粒分布带.在放电极板有介质材料包裹的情况下,尘埃颗粒密度径向分布的均匀性得到改善.最后,还模拟了单个尘埃颗粒在极板边缘处的涡旋运动规律.

关键词：容性耦合硅烷等离子体尘埃颗粒离子拖拽力二维流体模型

容性耦合放电等离子体增强氧化硅薄膜沉积模拟研究

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物理学报 2022年第17期71卷 105-117页

作者：宋柳琴贾文柱董婉张逸凡戴忠玲宋远红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 西南大学人工智能学院重庆400715

随着集成电路技术的快速发展,芯片结构更加复杂,尺寸越来越小,对薄膜沉积的性能提出了更高的要求.等离子增强化学气相沉积(PECVD)与CVD等传统工艺相比,可以在低温下实现镀膜,提供高密度、高性能的薄膜.本工作采用二维流体蒙特卡罗模型... 详细信息

随着集成电路技术的快速发展,芯片结构更加复杂,尺寸越来越小,对薄膜沉积的性能提出了更高的要求.等离子增强化学气相沉积(PECVD)与CVD等传统工艺相比,可以在低温下实现镀膜,提供高密度、高性能的薄膜.本工作采用二维流体蒙特卡罗模型耦合沉积剖面演化模块研究了容性耦合SiH_(4)/N_(2)O/Ar混合气体放电中的极板径向位置、气体比例和气压对PECVD氧化硅薄膜沉积的影响.结果表明,离子通量和中性基团通量在极板位置的差异化分布使得所沉积薄膜沿着径向存在较大的不均匀性.进一步研究发现通过增大笑气、减小Ar含量或增大气压,薄膜的沉积效率会得到提升.但是,过快的沉积速率会导致槽结构中出现“钥匙孔结构”、空位和杂质过多等一系列不良现象.这些问题在实际工艺中很棘手,在后续的研究中将通过调控放电参数等来改善薄膜质量,以期指导实际工艺.

关键词：等离子体增强化学气相沉积薄膜沉积表面反应

带有射频偏压源的感性耦合Ar/O/Cl等离子体放电的混合模拟研究

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物理学报 2023年

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

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/O2/Cl2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/O2/Cl2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 MHz和27.12 MHz时，除了Cl-离子和Cl2+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Cl2+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

大面积矩形感性耦合等离子体源的三维流体力学模拟

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力学学报 2023年第12期55卷 2891-2899页

作者：赵明亮张钰如高飞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辽宁大连116024

利用自主开发的三维流体力学模型程序,对面向平板显示工艺和光伏工艺的大面积矩形感性耦合氩等离子体源进行了数值模拟.该模型自洽地求解了带电粒子以及中性粒子的流体方程和感应电场的波动方程.利用此模型,研究了气压、功率以及线圈形... 详细信息

利用自主开发的三维流体力学模型程序,对面向平板显示工艺和光伏工艺的大面积矩形感性耦合氩等离子体源进行了数值模拟.该模型自洽地求解了带电粒子以及中性粒子的流体方程和感应电场的波动方程.利用此模型,研究了气压、功率以及线圈形状对各种等离子体参数的三维空间分布和均匀性的影响.研究结果表明,当放电气压较低时(4 mTorr),电子密度的空间分布比较均匀,且电子密度的最大值出现在腔室的中心区域.感性沉积功率密度、激发态氩原子密度以及电子温度的最大值出现在线圈的下方.随着放电功率的增加,即从1000 W增加到4000 W,电子密度显著提高,但电子密度的空间分布变化不大.随着放电气压的升高,电子密度的均匀性明显下降,即电子密度的最大值主要局域在线圈下方.这是因为在较高的气压下,带电粒子与背景气体的碰撞增加,因此使得带电粒子的密度分布变得局域.此外,文章还研究了不同的线圈结构对于等离子体均匀性的影响.结果表明当气压较高(20 mTorr)时,使用3×3阵列线圈产生的等离子体的均匀性优于盘香型线圈,即通过改变线圈结构可以实现对等离子体均匀性的调控.文章的研究成果有助于加深对大面积矩形感性耦合等离子体放电特性的认知,这对于优化平板显示工艺以及光伏工艺至关重要.

关键词：大面积矩形感性耦合等离子体源三维流体力学模拟平板显示工艺光伏工艺

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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

射频等离子体探针诊断及尘埃晶格观测虚拟仿真实验设计

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实验室研究与探索 2022年第12期41卷 202-206页

作者：董其毅王华中张莹莹刘永新宋远红于长水大连理工大学物理学院三束材料改性教育部重点实验室辽宁大连116023

针对射频等离子体探针诊断及尘埃晶格观测真实实验中激光和射频辐射的潜在危险大、设备成本高、仪器精密易损等实际教学问题,将虚拟仿真技术、前沿科研成果深度融入本科教学当中,建设了射频等离子体探针诊断及尘埃晶格观测虚拟仿真实验... 详细信息

针对射频等离子体探针诊断及尘埃晶格观测真实实验中激光和射频辐射的潜在危险大、设备成本高、仪器精密易损等实际教学问题,将虚拟仿真技术、前沿科研成果深度融入本科教学当中,建设了射频等离子体探针诊断及尘埃晶格观测虚拟仿真实验,目的是引导学生开展研究性、探索性学习,拓展应用物理专业实验教学内容的广度和深度。实践教学效果表明,坚持循序渐进、步步提高的“理论-实践-探讨-再实践”的实践教学方法,不仅可以拉近国家重大战略需求和科学前沿与本科生所学基础理论知识的距离,还可以增强学生的爱国精神,激发学生奉献祖国科研事业的决心和信心。

关键词：射频等离子体尘埃晶格虚拟仿真技术应用物理专业实验