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氧回旋离子束刻蚀化学气相沉积金刚石膜

强激光与粒子束 2012年第10期24卷 2459-2463页

作者：吴俊马志斌沈武林武汉工程大学材料科学与工程学院武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室武汉430073

利用非对称磁镜场电子回旋共振等离子体产生的氧回旋离子束刻蚀了化学气相沉积金刚石膜,研究了工作气压和磁电加热电压对金刚石样品附近的离子温度和密度的影响,并分析了金刚石膜的刻蚀和机械抛光效果。结果表明:当工作气压为0.03Pa,磁... 详细信息

利用非对称磁镜场电子回旋共振等离子体产生的氧回旋离子束刻蚀了化学气相沉积金刚石膜,研究了工作气压和磁电加热电压对金刚石样品附近的离子温度和密度的影响,并分析了金刚石膜的刻蚀和机械抛光效果。结果表明:当工作气压为0.03Pa,磁电加热电压为200 V时,离子温度和密度最大,分别为7.38eV和23.8×1010cm-3。在此优化条件下刻蚀金刚石膜4h后,其表面粗糙度由刻蚀前的3.525μm降为2.512μm,机械抛光15min后,表面粗糙度降低为0.517μm,即金刚石膜经离子束刻蚀后可显著提高机械抛光效率。

关键词：离子灵敏探针离子温度金刚石膜刻蚀回旋离子束

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CVD金刚石中的氮对等离子体刻蚀的影响

物理学报 2013年第7期62卷 262-268页

作者：吴俊马志斌沈武林严垒潘鑫汪建华武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室武汉430073

采用非对称磁镜场电子回旋共振等离子体分别对沉积过程中掺氮和未掺氮的化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀研究,结果表明:掺氮制备的金刚石膜的刻蚀主要集中在晶棱处,经过4h刻蚀后其表面粗糙度由刻蚀前的4.761μm下降至3.701μm,刻蚀对金... 详细信息

采用非对称磁镜场电子回旋共振等离子体分别对沉积过程中掺氮和未掺氮的化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀研究,结果表明:掺氮制备的金刚石膜的刻蚀主要集中在晶棱处,经过4h刻蚀后其表面粗糙度由刻蚀前的4.761μm下降至3.701μm,刻蚀对金刚石膜的表面粗糙度的影响较小;而未掺氮制备的金刚石膜的刻蚀表现为晶面的均匀刻蚀,晶粒坍塌,刻蚀4h后其表面粗糙度由刻蚀前的3.061μm下降至1.083μm.刻蚀导致表面粗糙度显著降低.上述差别的主要原因在于金刚石膜沉积过程中掺氮导致氮缺陷在金刚石晶棱处富集,晶棱处电子发射加强,引导离子向晶棱运动并产生刻蚀,从而加剧晶棱的刻蚀.而未掺氮金刚石膜,其缺陷相对较少且分布较均匀,刻蚀时整体呈现为(111)晶面被均匀刻蚀继而晶粒坍塌的现象.

关键词：掺氮金刚石膜刻蚀非对称磁镜场

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微波ECR等离子体的磁电加热研究

微波ECR等离子体的磁电加热研究

作者：沈武林武汉工程大学

学位级别：硕士

利用磁镜场ECR等离子体源中的离子在强磁场区的回旋运动来实现CVD金刚石膜的抛光，相对于现有的离子束抛光研究，该方法具有抛光面积大、处理均匀等优点。在普通的ECR等离子体装置中，离子温度较低，在通过纵向加速电极进入强磁场区时... 详细信息

利用磁镜场ECR等离子体源中的离子在强磁场区的回旋运动来实现CVD金刚石膜的抛光，相对于现有的离子束抛光研究，该方法具有抛光面积大、处理均匀等优点。在普通的ECR等离子体装置中，离子温度较低，在通过纵向加速电极进入强磁场区时，其回旋特征很弱，很难实现对金刚石膜的刻蚀。通过磁电加热能够提高ECR等离子体中的离子能量，在利用梯度磁场对等离子体中的离子进行运动方向的调节时，较高的离子能量有利于将更多平行于磁场方向的能量转移到垂直于磁场方向去，从而得到具有回旋特性的离子束。因此，ECR等离子体的磁电加热研究是利用磁镜场获得具有显著回旋特征的离子束的关键所在。本文在自主设计的ECR微波等离子体装置上建立了磁电加热系统，研究了ECR等离子体的磁电加热过程和影响加热效率的因素，主要包括以下内容：1、使用离子灵敏探针和双探针分别测量了离子温度和电子温度随电极环偏压的变化情况，对比分析了离子温度和电子温度在磁电加热后的径向分布，结果表明：微波ECR等离子体的整体加热是通过离子在电极环鞘层中的磁电加热以及被加热的离子沿径向的输运来完成的。轴心处离子温度随电极环偏压的升高呈非线性增加，磁电加热效率随偏压的增大而增大。电子的磁电加热过程与离子的磁电加热过程相似，但电子的加热效率远小于离子的加热效率。磁电加热后等离子体密度的变化不明显。2、研究了磁场位形、磁场强度、气压、电极环等外加条件对离子加热温度的影响，结果表明：在同一阳极环偏压下，磁镜场位形比发散场位形更有利于提高离子的磁电加热温度。低气压下有利于离子温度的提高，并且气压在0.02-0.8Pa范围内，磁电加热的效率随气压的增大而减小。微波功率在650～950W范围内变化时，离子的磁电加热效率会随着微波功率的增大而增大。大小合适的电极环能有效提高离子的加热温度，且最优电极环尺寸主要取决于离子回旋半径;电极环轴向位置的选择主要与磁镜场位形有关，将电极环置于磁镜场中部的弱磁场位置时最有利于提高离子温度;采用双环加热能进一步提高离子温度，并且其加热效果是单环加热的两倍。采用圆筒加热等离子体不仅有利于离子温度的提高，还有利于离子在轴向下游的输运。圆筒加热时各径向位置的离子温度升高的幅度更大，其中圆筒电极内部的离子温度径向差异较大，而圆筒下游的离子温度径向分布比较均匀。3、将加热后的离子束引出并运用于CVD金刚石膜的刻蚀，分析了磁电加热前后金刚石膜刻蚀形貌的变化，结果表明：按照传统的引出方式设置引出电极时，在加速极上加负偏压无法有效地引出离子，而加正偏压有利于离子束向下游的输运。采用圆筒加热并结合磁镜场输运离子束流时，有利于轴向下游离子温度和密度的提高。利用磁电加热后的ECR等离子体刻蚀金刚石膜，可以使锋利的晶棱钝化，并且能有效降低金刚石膜表面的机械强度，提高机械抛光效率。

关键词： ECR等离子体磁电加热离子温度电极环等离子体刻蚀

非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体刻蚀化学气相沉积金刚石膜

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强激光与粒子束 2010年第8期22卷 1887-1890页

作者：谭必松马志斌沈武林吴振辉武汉工程大学材料科学与工程学院等离子体化学与新材料湖北省重点实验室武汉430073

分别应用郎缪尔双探针和离子灵敏探针对非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体的电子参数、空间分布和离子参数进行了测量,分析了气压对等离子体参数及空间分布的影响。利用该等离子体在优化的气压条件下对化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀... 详细信息

分别应用郎缪尔双探针和离子灵敏探针对非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体的电子参数、空间分布和离子参数进行了测量,分析了气压对等离子体参数及空间分布的影响。利用该等离子体在优化的气压条件下对化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀,并研究了刻蚀机理。结果表明：电子温度为5～10 eV,离子温度为1 eV左右,而等离子体数密度在1010cm-3数量级。随气压的升高,电子和离子温度降低,而电子数密度先增大后减小。在低气压下等离子体数密度空间分布更均匀,优化的刻蚀气压为0.1 Pa。刻蚀过程中,离子的回旋运动特性得到了加强,有利于平行于金刚石膜表面的刻蚀,有效地保护了金刚石膜的晶界和缺陷。

关键词：非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体刻蚀化学气相沉积

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ECR等离子体的磁电加热研究

物理学报 2011年第10期60卷 478-482页

作者：沈武林马志斌谭必松吴俊汪建华武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室武汉430073

在ECR等离子体装置上进行了磁电加热研究,利用离子灵敏探针(ISP)测量了磁电加热前后离子温度的变化,研究了电极环偏压、磁场强度、气压等参数对磁电加热过程以及加热效率的影响.结果表明:等离子体的整体加热是通过离子在电极环鞘层中的... 详细信息

在ECR等离子体装置上进行了磁电加热研究,利用离子灵敏探针(ISP)测量了磁电加热前后离子温度的变化,研究了电极环偏压、磁场强度、气压等参数对磁电加热过程以及加热效率的影响.结果表明:等离子体的整体加热是通过离子在电极环鞘层中的磁电加热及被加热的离子沿径向的输运来完成的.轴心处离子温度随电极环偏压的升高呈非线性增加.磁电加热效率随偏压的增大而增大,在电极环偏压为1000V时,磁电加热效率为2%—2.5%,ECR等离子体中的离子温度能够提高20eV以上.磁场强度在磁电加热过程中对离子的限制和加热起到重要作用,当磁场强度在6.3×10-2—8.7×10-2T之间变化时,磁电加热的效率随磁场强度的增大而增大.气压在0.02—0.8Pa范围内,磁电加热的效率随气压的减小而增大.

关键词： ECR等离子体磁电加热离子温度

Ion Heating in an ECR Plasma with a Magnetic Mirror Field

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Plasma Science and Technology 2013年第6期15卷 516-520页

作者：沈武林马志斌谭必松吴俊 Provincial Key Laboratory of Plasma Chemistry and Advanced Materials School of Materials Science and EngineeringWuhan Institute of Technology

Magnetoelectric heating was used to heat ions in an ECR plasma with a magnetic mirror *** temperature and density of ions were measured by an ion sensitive probe（ISP） before and after magnetoelectric heating in order to investigate the influence of the anode ring’s radius,axial position and working pressure on magnetoelectric *** showed that a suitable radius of the anode ring could improve the ion temperature effectively and the optimal size of the anode ring depended on the cyclotron radius of *** radial uniformity of the ion density was improved by increasing the radius of the anode ring after *** magnetic mirror field could reduce the loss of ions caused by collision with the wall of the chamber and it was beneficial to increase the ion temperature and the ion *** was suitable to heat the ions when the anode ring was set at the center of the magnetic mirror field where there was a weaker magnetic field *** pressure contributed to the increase in the ion temperature and efficiency of magnetoelectric heating.

关键词： ECR plasma magnetoelectric heating ion temperature

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电极环对离子加热温度的影响

核聚变与等离子体物理 2012年第3期32卷 255-259页

作者：沈武林马志斌谭必松吴俊汪建华武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室武汉430073

在非对称磁镜场微波ECR等离子体中引入了磁电加热系统,研究了电极环大小、轴向位置以及双环加热对离子温度的影响。结果表明,大小合适的电极环能有效提高离子的加热温度,且最优电极环尺寸主要取决于离子回旋半径。电极环轴向位置的选择... 详细信息

在非对称磁镜场微波ECR等离子体中引入了磁电加热系统,研究了电极环大小、轴向位置以及双环加热对离子温度的影响。结果表明,大小合适的电极环能有效提高离子的加热温度,且最优电极环尺寸主要取决于离子回旋半径。电极环轴向位置的选择主要与磁镜场位形有关,将电极环置于磁镜场中部的弱磁场位置时最有利于离子温度的提高。采用双电极环加热能进一步提高离子温度,并且其加热效果是单环加热的两倍。

关键词：磁电加热 ECR等离子体磁镜场离子温度

Influence of Working Pressure on Ion Sensitive Probe Measurement in Microwave ECR Plasmas

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Plasma Science and Technology 2015年第4期17卷 294-297页

作者：马志斌吴俊谭必松沈武林潘鑫汪建华 Province Key Laboratory of Plasma Chemistry and Advanced Materials School of Materials Science and EngineeringWuhan Institute of Technology

In order to precisely measure the ion parameters in a microwave electron cyclotron resonance plasma using an ion sensitive probe,the dependences of the current-voltage（I-V）characteristics on the shielding height（h）and the potential difference between inner and outer electrodes（V_B）have been investigated at different working pressures of 0.03 Pa and 0.8 *** show that the I-V curves at higher pressure are more sensitive to the variation of h than those at lower *** influence of V_B on ion temperature（T_i）measurement becomes more prominent when the pressure is increased from 0.03 Pa to 0.8 *** both pressures,the optimized h is obtained at the condition where the current reaches zero in the positive voltage region with a suitable V_B of-1.5 V because of effective shielding of the electron E×B drift.

关键词： working pressure ion sensitive probe ion temperature plasma

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ECR等离子体中离子的磁电加热研究

ECR等离子体中离子的磁电加热研究