空心阴极等离子体源
阅读：753发布：2023-03-10
专利汇可以提供空心阴极等离子体源专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及空心 阴极 等离子体 源和用于使用这样的等离子体源进行 表面处理 或涂覆的方法，空心阴极等离子体源包括第一和第二 电极 (1、2)，每个电极包括细长腔(4)，其中选择下面的参数中的至少一个的尺度，以便确保高 电子 密度 和/或等离子体源腔表面的低溅射量，那些参数是腔横截面形状、腔横截面面积、腔距离(11)和出口 喷嘴 宽度(12)。，下面是空心阴极等离子体源专利的具体信息内容。
1.一种空心阴极等离子体源，包括第一电极(1)和第二电极(2)，每个电极包括细长腔(4)，
其中，所述阴极实质上平行于彼此延伸，
其中，所述第一电极和所述第二电极(1、2)都设置有用于所述等离子体形成气体(6)的气体入口并设置有通向出口喷嘴(13)的气体出口(7)，所述出口喷嘴(13)指向衬底，其中，所述第一电极和所述第二电极电连接到为所述电极供应交替反向的电压的电源，
其中，选择下列参数的尺度中的至少一个：
i.所述腔的横截面是矩形、圆角矩形或圆形形状或是这些形状的中间形状，ii.所述腔的横截面面积包括在500mm2和4000mm2之间，
iii.所述腔的距离(11)包括在85mm和160mm之间，
iv.所述出口喷嘴的宽度(12)包括在1mm和25mm之间。
2.如权利要求1所述的空心阴极等离子体源，其中，选择所述参数的尺度i到iv中的至少两个。
3.如权利要求1所述的空心阴极等离子体源，其中，选择所述参数的尺度i到iv中的全部。
4.如权利要求1所述的空心阴极等离子体源，其中，所述腔的横截面形状是圆形。
5.如权利要求1所述的空心阴极等离子体源，其中，所述腔的横截面面积包括在500mm2和1000mm2之间。
6.如权利要求1所述的空心阴极等离子体源，其中，所述腔的横截面面积包括在1000mm2和4000mm2之间。
7.如权利要求1所述的空心阴极等离子体源，其中，所述腔的横截面面积包括在750mm2和1500mm2之间。
8.如权利要求1所述的空心阴极等离子体源，其中，所述腔的距离(11)包括在500mm和
1000mm之间。
9.如权利要求1所述的空心阴极等离子体源，其中，所述出口喷嘴的宽度(12)包括在
3.5mm和25mm之间。
10.一种用于对衬底进行表面处理的方法，包括：
提供具有如权利要求1所述的空心阴极等离子体源的真空室，
通过所述电极的等离子体形成气体入口(6)注入等离子体形成气体，将电压施加到所述空心阴极等离子体源，
将衬底(15)引入到由所述真空室中的所述等离子体源这样产生的等离子体(16)中。
11.一种用于涂覆衬底的方法，包括：
提供具有如权利要求1所述的空心阴极等离子体源的真空室，
通过所述电极的等离子体形成气体入口(6)注入等离子体形成气体，将电压施加到所述空心阴极等离子体源，
朝着由所述等离子体源产生的等离子体注入涂覆前体气体，
将衬底(15)引入到由所述真空室中的所述等离子体源这样产生的等离子体(16)中，从由所述等离子体激活的所述前体气体沉积涂层。
空心阴极等离子体源
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请涉及标题为“Plasma Source Utilizing a Macro-Particle Reduction Coating and Method of Using a Plasma Source Utilizing a Macro-Particle Reduction Coating for Deposition of Thin Film Coatings and Modification of Surfaces”的PCT国际申请，序列号为____(还没有被分配)(代理人标签No.0124-374.PCT)，该PCT国际申请与本申请同时提交并且通过引用的方式被并入本文中。
背景技术
[0005] 当要处理大衬底时，这些等离子体源一般是线性离子源，如在U.S.7411352中由Madocks公开的线性离子源。这个等离子体源基于磁控管放电并产生线性离子束，或通过组合几个源，产生指向衬底表面的多个平行离子束。Madocks公开了为了涂覆目的，可以在等离子体源外部提供涂层前体。等离子体本质上只沿着一个维度、即等离子体源的长度延伸。离子束的宽度由在处理室内部的压力限制，这限制平均自由路径长度。当衬底在这个等离子体源下面被传送时，接触时间因此相对短。因此当例如使用等离子体对衬底的处理持续时间需要增加时，等离子体源的数量必须加倍。此外，在等离子体源旁边注入的涂层前体限制了与等离子体束交互作用的机会。这导致相对低的沉积产量并增大了还不能够与衬底表面起反应的前体弄脏涂布器的风险。
[0006] Madocks还公开了电极材料的溅射发生以及所溅射的材料重新沉积并因此保持在源内。然而电极材料的溅射导致电极的寿命减小。所溅射的材料的重新沉积也可以导致等离子体源的喷嘴的阻塞，使均匀的衬底处理或涂覆变得不可能。此外，所溅射的电极材料可以凝结和/或进一步起反应，导致阻塞源的喷嘴或落在衬底上的碎片的形成，从而产生缺陷。这些喷嘴由等离子体源的电极之一构成。电极因此暴露于真空室中的涂覆处理气氛，并因此易于被所注入的涂层前体弄脏。
[0007] 此外，由Madocks公开的基于磁控管放电的源需要磁铁。磁铁对高温敏感，这些源因此不能在高温下运行，并且需要被主动或被动装置冷却。这些磁铁的存在以及分流器的必要存在导致复杂且因而昂贵的组件。
[0008] 与基于空心阴极放电的等离子体源比较，这个源还产生相对低密度的自由电子。为了涂覆目的，等离子体的电子用来使涂层前体离子化。因此，当使用例如由Madocks公开的基于磁控管等离子体的源时，涂覆效率低。
[0009] Jungle在EP0727508 A1中公开了基于两个平行电极的空心阴极线性等离子体源。等离子体本质上只沿着一个维度、即等离子体源的长度延伸，形成窄等离子体束。Jungle公开了为了避免电极材料的溅射，惰性气体的流必须平行于电极被注入。然而，平行于电极的惰性气体的注入导致反应离子的产量的减小并且因而导致减小的处理效率或涂层产量。
[0010] 这些种类的高沉积速率源的主要问题之一是下列事实：等离子体源的壁通过过早与流经等离子体的前体起反应而变得被快速弄脏。由于这个问题，这个过程在工业中的使用是相当有限的，并且需要频繁的清洁循环，这限制了生产线的吞吐量。
[0011] 这些高沉积速率源的另一缺点是，在前体离开等离子体源之后难以将前体限制到衬底表面。作为结果，前体的相当大一部分不能用于在衬底上形成涂层。这导致减小的涂层产量以及由于围绕等离子体源的表面上的前体的变换而弄脏涂布器。
[0012] 因此，在大面积表面处理和大面积涂层领域依然存在对简单的等离子体源的需要，该简单的等离子体源能够提供能够以高效率以及低弄脏量和缺陷量处理和/或涂覆大衬底的相当大长度的均匀等离子体。
发明内容
[0013] 在本发明的方面中，提供了对在大衬底上沉积薄膜和对大衬底的表面的等离子体处理有用的线性等离子体源。等离子体处理意欲涵盖例如表面活化、表面清洁以及表面蚀刻。
[0014] 在本发明的方面中，提供了具有非常宽的线性等离子体的基于空心阴极的等离子体源。
[0015] 在本发明的方面中，提供了能够形成均匀的宽线性等离子体的等离子体源。
[0016] 在本发明的方面中，提供了具有低速率的电极腔表面溅射的等离子体源。
[0017] 在本发明的方面中，提供了具有高密度的自由电子的等离子体源。
[0019] 将参考附图的图在本发明的特定实施例的详细描述中阐明本发明的这些方面以及其它方面，在附图中：
[0020] 图1示出根据本发明的等离子体源的截面图。
[0021] 图2示出根据本发明的另一等离子体源的截面图。
[0022] 图3示出根据本发明的另一等离子体源的截面图。
[0023] 图4示出用于衬底的表面处理或涂覆的根据本发明的等离子体源的截面图。
[0024] 图5示出根据本发明的等离子体源的可能变型的截面图。
具体实施方式
[0025] 图1示出根据本发明的空心阴极等离子体源的横截面图，该等离子体源包括分别具有第一电子发射表面和第二电子发射表面的第一电极1和第二电极2，第一电子发射表面和第二电子发射表面是腔3的壁并被设置成彼此接近。第一和第二电极均实质上围住细长的包含气体的体积4，即空心阴极腔。测量从一个腔中心14a到另一腔中心14b的在空心阴极腔11之间的距离。电极实质上平行于彼此延伸。阴极可以定向成垂直于待处理的衬底的移动方向或与这个方向成一角度。第一和第二电极本质上由绝缘材料5围绕。第一和第二电极都设置有等离子体形成气体6的气体入口并设置有离子化等离子体气体7的气体出口。在出口处，通过出口喷嘴13朝着其中放置等离子体源的真空室并朝着真空室内的衬底引导气体。气体出口喷嘴具有某个宽度12。第一和第二电极电连接到供应在正和负之间交变的电压的AC电源(未描绘)。在支撑等离子体源的真空室结构8和电极之间存在暗空间或实心电绝缘体9。涂层前体注入喷嘴10也可以与等离子体源组合以执行等离子体增强的化学气相沉积。喷嘴10朝着由真空室中的等离子体源产生的等离子体引导包括气体的涂层前体。没有示出结构元件以及冷却元件和电连接。
[0027] 等离子体被理解为意指包括自由电子和正离子的导电气态介质。
[0028] 反应气体被理解为意指氧和/或氮。在可能不能仅从前体气体以化学方法得到的表面化合物上沉积常常是合乎需要的。例如氧或氮的反应气体常常被添加到化学气相沉积(CVD)工艺以形成氧化物或氮化物。其它反应气体可以包括氟、氯、其它卤素或氢。反应气体可以通过下面的事实与前体气体区分开：即使在被通电或被化学分解时，也不形成可凝结的分子实体。通常，反应气体或反应气体片段不能自己生长固体沉积，但它们可以起反应并变得以化学方法合并到从前体气体得到的固体沉积或其它固体沉积源中。优选的反应物是O2、N2、NH3、CH4、N2O、H2。
[0029] 前体被理解为意指根据蒸气压力选择的采用包含待凝结成固体涂层的一种或多种化学元素的分子形式的气体或液体。要从前体凝结的元素可以包括金属、过渡金属、硼、碳、硅锗和/或硒。通常，前体分子是不起化学反应的或不易于附着到表面上，直到通过能量源被通电、部分地分解或完全分解为止，因此，包含用于涂覆的期望化学元素的前体的化学片段变得在化学上能够以固体形式接合到或凝结在表面上。前体化合物的已凝结部分可以主要是纯元素、元素的混合物、从前体化合物组分或化合物的混合物得到的化合物。优选的前体气体是无机化合物(例如SiH4、N(SiH3)3、TMDSO、HMDSO、TTIP、…)或包含适当的金属以沉积氧化物、氮化物或氮氧化物膜的任何其他材料(例如SiO2、SixNy、ZrO2、TiO2、Al2O3、AlN、SnO2、ZnO等…)以及这些材料中的一种或多种的混合物(例如SiOxNy、SixAlyNz)。
[0030] 衬底被理解为意指待涂覆的或其表面被本发明化学改性的小面积或大面积项。在本文提到的衬底可以包括玻璃、塑料、金属、无机材料、有机材料或具有待涂覆或改性的表面的任何其它材料。
[0031] AC功率或AC电源被理解为意指来自交变源的电功率，其中，电压以正弦、方波、脉冲或根据某一其它波形的方式在某一频率下改变。电压变化常常从负到正。当在双极形式中时，由两个引线输送的功率输出通常为大约180度异相。
[0032] 二次电子或二次电子电流被理解为意指来自固体表面的电子发射，作为分别由微粒和作为结果产生的电流对那个表面轰击的结果。
[0033] 暗空间被理解为意指电极周围的窄区或区域，由此，等离子体电流非常低。通常，由暗空间距离间隔开的两个带相反电荷的等离子体电极或等离子体电极和地电位导体将展示实质上在它们之间无电流流动。
[0034] 电极的结构材料必须是足够导电的，以使得电子可以从电极表面发射，并且使得它们可以携带必要的电流以维持放电。电极材料包括金属、金属合金、金属化合物、碳、碳化合物、陶瓷或半导体。最常使用的材料是金属、金属合金或石墨碳。
[0035] 可以针对特定的电子发射特性来选择电极材料。它们可以包括具有低功函数或具有允许较低操作电压和增大的电子电流的高二次发射系数的材料。
[0036] 电子发射表面可以包括沉积在电极上的金属、基于金属的、准金属、基于准金属的或基于碳的涂层。这些涂层可以包括具有低功函数或具有允许较低操作电压和增大的电子电流的高二次发射系数的材料。
[0037] 几乎任何气体都可以用作等离子体形成气体。最常见地，等离子体形成气体包括He、Ne、Ar、Kr、Xe、O2、N2、H2、NH3或这些气体中的任一个上的混合物。气体流速通常包括在每线性mm的腔长度0.5sccm和10sccm之间。
[0038] 不同的布置和形状对于出口和喷嘴都是可能的。一般，它们是孔的阵列。它们也可以包括狭槽或细长孔口。气体压力降存在于空心阴极腔和外部(即真空室)之间。因此，在阴极腔中保持了用于维持稳定等离子体的足够高的压力水平，并且获得了离子化气体从腔朝着外部的流出。喷嘴因此使电极远离真空室中的涂覆处理气氛，并因此减小被所注入的涂层前体弄脏的概率。
[0039] 第一和第二空心阴极电极交替地充当阴极和阳极。当一个电极相对于等离子体电位是电正性时，另一电极相对于等离子体电位是电负性，并且这个电极性在某一频率下反转。
[0040] 这可以通过使用AC电源或脉冲DC电源来获得。一般，电源供应具有相位的交变极性的大约180度异相的双极电压，以使得电极之间的电子电流在某一频率下反转。优选的电压范围包括在300V和1200V之间，优选的频率范围包括在10kHz和1MHz之间，优选地在10kHz和100kHz之间，最优选地是大约40kHz。
[0041] 由本发明的空心阴极等离子体源形成的等离子体是非平衡、非热等离子体，其是高度导电的，并且一般携带几十伏正的地电位的电荷。电极放置得足够接近以允许电子电流在真空室的操作压力下在相反极性的电极之间流动。
[0042] 真空室中的操作电压可以被保持在0.001mbar和1mbar之间，一般在0.002mbar和0.1mbar之间，更一般地在0.007和0.05mbar之间。
[0043] 等离子体在由第一和第二电子发射表面围住的真空中形成，该等离子体在包含位于电子发射表面之间的空间的整个气体中延伸。等离子体被制造成在实质上缺乏闭路电子漂移的情况下在它的长度上实质上是均匀的。
[0044] 因此，根据本发明的等离子体源形成线性等离子体束，其具有高密度的自由电子且不限于在等离子体源下面的窄宽度，但更确切地在两个空心阴极腔之间延伸。根据本发明的等离子体源因此允许衬底和等离子体之间的高接触时间。它还呈现接近等离子体束注入的涂层前体与它交互作用的更好的机会。因此，提供高沉积产量和高处理效率，同时减小弄脏作为整体的等离子体源以及涂布器的风险。
[0045] 此外，根据本发明的等离子体源不需要额外的电极、加速网格、磁场、分流器或中和器。它因此比其它等离子体源更不复杂并且因此更不昂贵。然而，当对于特定的原因是需要的时，可以结合根据本发明的空心阴极的布置来使用磁铁和/或额外的电极。
[0046] 在本发明的方面中，提供了空心阴极等离子体源的某些关键参数的尺度。
[0047] 由发明人识别的关键参数是：
[0048] -腔横截面形状
[0049] -腔横截面面积
[0050] -出口喷嘴宽度
[0051] -腔距离
[0052] 发明人认识到这些关键参数的惊人的效果。他们发现，在管理这些等离子体源的所有参数当中，这些参数(具体而言，单独地或组合地)对在由空心阴极等离子体源产生的等离子体中的自由电子的密度以及等离子体源腔表面的溅射量有明显影响。为了实现这些效果，发明人发现，这些关键参数需要注意特定尺度。这些关键参数的尺度对于每个空心阴极等离子体源腔可以是不同的，优选地，它们对于两个空心阴极等离子体源腔是相同的。
[0053] 根据有利的实施例，这些关键参数的特定尺度单独地或以任何组合导致腔表面的溅射量减少。根据本发明的等离子体源因此不需要平行于电极注入惰性气体。因此，得到反应物质的高产量，导致高处理效率或涂层产量。根据本发明的等离子体源因此也限制在等离子体源及其喷嘴内部的所溅射的材料的重新沉积，并且也减少碎片的形成。因此，提高了处理或涂覆均匀性并减小了在处理或涂覆中的缺陷的数量。
[0054] 根据有利的实施例，基于空心阴极放电的等离子体源连同这些关键参数的特定尺度一起单独地或以任何组合的形式也导致自由电子的密度增大。因此，增大了处理效率或涂覆效率。此外，涂层前体的更有效的使用通过不起反应的涂层前体导致减小了对真空室和真空泵的弄脏。
[0055] 在多于100小时的长持续时间试验期间观察到，具有圆角矩形腔横截面形状(图2)的等离子体源显示比具有圆形横截面形状(图3)的等离子体源明显更多的腔表面溅射。
[0056] 通过比较实验结果与计算机模拟数据，发明人发现，空心阴极腔表面的溅射量与在空心阴极腔表面上的反应离子的吸收有关，如由数值模拟确定的。
[0057] 用于模拟气体流和气体放电的模拟软件是被称为PIC-MC的程序，其由德国Braunschweig的表面工程与薄膜IST的Fraunhofer-Institute开发。软件组合了对气体流、磁场和等离子体的模拟。对于气体流模拟，它使用直接模拟蒙特卡洛(DSMC)，对于磁场模拟，它使用边界元法(BEM)，并且对于等离子体模拟，它使用细胞内粒子-蒙特卡洛方法(PIC-MC)。
[0058] 在伪2D模型上进行模拟，伪2D模型是空心阴极等离子体源的横向1.016mm厚薄片。伪2D意味着薄片具有小厚度，并且在横向方向上在每个平面上应用周期性条件。
[0059] 对于模拟，可以使用很多不同的等离子体形成气体，在下面的示例中，使用氩。为了限制计算时间，选择Si2H6作为涂层前体，并且在它的可能反应当中，选择下面的两个：
[0060] Si2H6+e‐→Si2H4++2H+2e‐ (1)
[0061] Si2H6+e‐→SiH3+SiH2+H+e‐ (2)
[0062] 在模拟中不包括氢物质。
[0063] 对于输入参数的每个给定的集合，模拟产生了关于在它们占据的整个空间中的不同气相物质(原子、离子、分子和电子)的数量和速度的数据。根据该数据，可以计算某些值，例如密度和通量，其中通量是气相物质跨单位面积移动的速率(单位：mol·m-2·s-1)。
[0064] 另一有用的计算是在某个表面上吸收的通量。给定阴极腔材料的某个粘性系数，可以根据指向它的离子通量来计算其表面上的离子吸收。通过使指数结果与模拟数据相关，发明人发现，碎片的形成并且因此在真实等离子体源上观察到的腔表面溅射与根据模拟模型由电极的腔表面吸收的离子化等离子体物质的水平有关。
[0065] 由电极的腔表面吸收的离子化等离子体物质的低水平意味着腔溅射的水平低且碎片形成低。
[0066] 另一重要的量是所产生的电子密度。电子密度对表面处理或涂覆效率有很大影响，其中高电子密度导致高表面处理或涂覆系数。在当前模拟中，在设置在与支撑等离子体源的室结构相距2.54mm处的线上在真空室中确定电子密度并对电子密度进行平均。
[0067] 在本发明的一个方面中，提供了空心阴极腔横截面形状。
[0068] 发明人惊人地发现，当矩形腔横截面形状由围住具有矩形形状的同一表面面积的横截面代替时，由阴极腔表面吸收的离子化等离子体物质的水平减小，在所述横截面中至少一个角是圆的或优选地四个角都是圆的(圆角矩形形状)，或优选地具有四个角半径等于它的宽度的一半的圆角矩形形状，或最优选地具有圆形形状。
[0069] 图2示出具有圆角矩形腔横截面形状的根据本发明的等离子体源的截面图。
[0070] 图3示出具有圆形腔横截面形状的根据本发明的等离子体源的截面图。
[0071] 可以产生这些形状的变形，特别是导致中间形状，而不偏离本发明。特别是，这些是如图5中所示的椭圆或卵形形状或形状变形。
[0072] 此外，发明人发现，圆形腔横截面形状还提高了矩形形状上的电子密度。
[0073] 在本发明的一个方面中，提供了空心阴极腔横截面面积。
[0074] 根据本发明的实施例，腔横截面面积包括在100mm2和10000mm2之间，优选地在500mm2和4000mm2之间。
[0075] 根据本发明的另一实施例，腔横截面面积包括在100mm2和1000mm2之间，优选地在500mm2和1000mm2之间，最优选地在500mm2和750mm2之间。发明人惊人地发现，在较低的腔横截面面积处，电子密度增大。
[0076] 根据本发明的另一实施例，腔横截面面积包括在1000mm2和4000mm2之间，优选地在1500mm2和4000mm2之间，最优选地在2000mm2和4000mm2之间。发明人惊人地发现，在较高的腔横截面面积处，由阴极腔表面吸收的离子化等离子体物质的水平减小。
[0077] 根据本发明的另一实施例，腔横截面面积包括在750mm2和1500mm2之间，优选地在750mm2和1250mm2之间，最优选地是大约1000mm2。发明人发现，在中等横截面面积处，得到了由阴极腔表面吸收的离子化等离子体物质与电子密度相比的平衡水平。
[0078] 在本发明的一个方面中，提供了从一个腔中心到另一腔中心测量的空心阴极腔距离。如果腔具有规则几何形状，腔的中心是腔横截面的几何中心。如果腔具有不规则形状，则腔的中心是腔的质心。
[0079] 发明人惊人地发现，将空心阴极腔距离增大到高达某个阈值导致由具有减小的电子密度的阴极腔表面吸收的离子化等离子体物质的水平减小。根据本发明，腔距离包括在85mm和160mm之间，优选地在100mm和145mm之间，最优选地是大约125mm。
[0080] 对本领域中的技术人员很清楚，腔距离也取决于腔尺寸和绝缘、结构及冷却要求。
[0081] 在本发明在本发明的一个方面中，提供了出口喷嘴宽度。
[0082] 在当前设计中，出口喷嘴以穿过腔横截面形状的中心延伸的垂直线为中心。每个腔横截面及其出口喷嘴的中心与穿过腔横截面的中心延伸的垂直线对准。然而，可以对出口喷嘴放置和取向做出变化和修改而不偏离本发明。
[0083] 在它的基本设计中，出口喷嘴宽度在3.5mm到5mm的范围内。发明人发现，增大宽度减小了由阴极腔表面吸收的离子化等离子体物质的水平并增大了电子密度。当出口喷嘴宽度增大到阈值之上时，电子密度强烈地减小。可能因为腔中的压力不能被维持在高到足以产生明显的等离子体放电的水平处。
[0084] 根据本发明，出口喷嘴宽度包括在1mm和25mm之间，更优选地在3mm和25mm之间，更优选地在8mm和22mm之间，更优选地在8mm和12mm之间，最优选地是大约10mm。
[0085] 根据本发明的另一实施例，两个或更多等离子体源可以组合以使用共有的单个电源或使用多个单独的电源来增加表面处理或涂覆持续时间。
[0086] 根据本发明的另一实施例，等离子体源用于对衬底进行表面处理，例如表面清洁、表面翻新、表面活化。衬底在等离子体源下面被传送并暴露于在等离子体源的出口喷嘴之间的整个真空空间中延伸的等离子体的离子和电子。
[0087] 根据本发明的另一实施例，等离子体源用于涂覆衬底。图4示出衬底15在等离子体源下面被传送并暴露于在等离子体源的两个喷嘴之间的整个真空空间中延伸的等离子体16的离子和电子。涂层前体气体通过喷嘴17被注入以由等离子体激活，以便在衬底上形成涂层。
[0088] 示例1和2
[0090] ●电压幅度+/-1200V
[0091] ●频率40kHz
[0092] ●电压函数：双极、具有电压控制的正弦曲线
[0093] ●功率设定点20kW，等离子体源在功率控制模式中操作
[0094] ●等离子体形成气体O2—流速为每线性mm的腔长度2sccm
[0095] ●阴极腔横截面面积2000mm2
[0096] ●真空室压力：8-12mTorr
[0097] ●出口喷嘴宽度：3.5mm
[0098] 比较两个不同的腔横截面形状：圆角矩形和圆形。
[0099] 腔表面溅射导致碎片微粒的形成。以24小时间隔，玻璃衬底上的碎片被收集且碎片微粒的数量被计数。如可以从下面的表格中看到的，碎片微粒的数量对于圆角矩形腔横截面形状比对于圆形形状更快地增加。
[0100]
[0101] 模拟示例
[0102] 在示例3到17中，对空心阴极等离子体源进行模拟。
[0103] 对于每个关键参数，比较一组多达五个变化。在每组中，选择一个变化作为参考。在针对每个变化计算阴极腔表面上的离子化等离子体物质的吸收水平以及阴极电子密度的水平之后，确定该值与参考的值之比。
[0104] 下面的参数对所有模拟示例保持不变：
[0105] ●电压幅度+/-1200V
[0106] ●频率100kHz
[0107] ●电压函数：双极、具有电压控制的正弦曲线
[0108] ●功率设定点25kW/m
[0109] ●壁温度300K
[0110] ●前体气体物质Si2H6，流速为每线性m的腔长度0.13sccm
[0111] ●等离子体形成气体Ar—流速为每线性m的腔长度2.65sccm
[0112] ●具有0.1的二次电子发射场的电极材料(与Ag、Cu、Al、Ti、Zn、Fe可比较)[0113] ●通过调节真空抽吸，真空室压力是大约10mTorr
[0114] 示例3到5——关键参数：腔横截面形状
[0115] 模拟了三个腔横截面形状：矩形、圆角矩形和圆形。矩形横截面是10mm宽且50mm高。圆角矩形形状是大约14mm宽且45mm高，具有四个圆角(角半径：7mm)。圆横截面形状具有13mm的半径。
[0116] 下面的参数对示例3到5保持相同：
[0117] -腔横截面面积：大约500mm2
[0118] -出口喷嘴宽度：5mm
[0119] -腔距离122mm
[0120]
[0121] 当从矩形转变到圆角矩形再到圆形腔横截面形状时，阴极腔上的离子化等离子体物质的吸收减少并且因此腔溅射和碎片形成减少。
[0122] 当从矩形转变到圆形腔横截面形状时，电子密度增大并且因此过程效率增大。
[0123] 示例6到8——关键参数：腔横截面面积
[0124] 模拟了三个阴极腔横截面面积：500mm2、1000mm2和2000mm2
[0125] 下面的参数对示例6到8保持相同：
[0126] -腔横截面形状：圆形
[0127] -出口喷嘴宽度：5mm
[0128] -腔距离122mm
[0129]
[0130] 当腔横截面面积较高时，阴极腔上的离子化等离子体物质的吸收减少并且因此腔溅射和碎片形成减少。
[0131] 当腔横截面面积较低时，电子密度增大并且因此过程效率增大。
[0132] 在大约1000mm2腔横截面面积处，得到了离子化物质的吸收和电子密度的平衡水平。
[0133] 示例9到13——关键参数：腔距离
[0134] 模拟了五个腔距离：168mm、142mm、114mm、104mm和84mm。
[0135] 下面的参数对示例9到13保持相同：
[0136] -腔横截面形状：圆形
[0137] -腔横截面面积：500mm2
[0138] -出口喷嘴宽度：5mm
[0139]
[0140] 当腔距离较高时，阴极腔上的离子化等离子体物质的吸收减少并且因此腔溅射和碎片形成减少。
[0141] 电子密度并且因此过程效率对所测试的所有腔距离(除了最高距离以外)保持良好。在100mm和145mm腔距离之间得到了这两个比之间的感兴趣的平衡。
[0142] 示例14到17——关键参数：出口喷嘴宽度
[0143] 模拟了四个喷嘴宽度：5mm、10mm、20mm和40mm。
[0144] 下面的参数对示例9到13保持相同：
[0145] -腔横截面形状：圆形
[0146] -腔横截面面积：500mm2
[0147] -腔距离：122mm
[0148]
[0149] 当出口喷嘴宽度较大时，阴极腔上的离子化等离子体物质的吸收减少并且因此腔溅射和碎片形成减少。
[0150] 当出口喷嘴宽度较大时，电子密度增大并且因此过程效率增大。在非常高的出口喷嘴宽度处，例如在40mm处，腔的内部和真空室之间的压力差不能保持在用于维持稳定等离子体的足够的水平处，导致非常低的电子密度水平。
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