[发明专利]一种射频放电等离子体自偏置探针诊断方法

说明书

技术领域

本发明属于等离子体科学与技术领域，涉及到一种射频放电等离子体自偏置探针诊断方法，用于诊断射频放电等离子体，能够克服探针表面绝缘污染的影响，获得离子密度和电子温度等参数。

背景技术

诊断等离子体参数的常用方法是把一个探针置于等离子体中并加上扫描偏置电压，测量并分析探针电流随扫描偏置电压变化的伏安特性曲线获得等离子体的各项参数。这种方法的一个严重局限性是不能用于有绝缘薄膜沉积发生的反应等离子体中，因为这种情况下探针表面会被绝缘生成物覆盖，无法收集电流而失效。

针对这个问题，Lee等人公开了一种浮动探针的等离子体诊断方法[M.H.Lee，et al.，J.Appl.Phys.v101，p033305(2007)]，给探针加高频交流偏置电压，利用探针电流的基频和二次谐波幅度计算出电子温度和离子密度。由于这种探针依靠位移电流工作，即使探针表面存在一定程度的污染绝缘仍然可以继续使用。但这种方法的缺点是需要在探针上加高频交流偏置电压，常常会扰动等离子体，改变等离子体的原有状态，使测量不准确。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种射频放电等离子体自偏置探针诊断方法，以解决上述浮动探针的等离子体诊断方法由于需要在探针上加高频交流偏置电压而扰动等离子体，改变等离子体的原有状态，使测量不准确的问题。

本发明技术方案是：

在等离子体中放置两根探针：探针a和探针b，探针a相对于等离子体放电回路处于浮动状态，探针b通过隔直电容和取样电阻连接放电回路地线。探针上不加直流或交流偏置电压。

测量探针a和探针b之间的电压交流成分振幅ΔV、探针b电流的一次谐波振幅|i_1ω|和二次谐波振幅|i_2ω|，利用ΔV、|i_1ω|和|i_2ω|计算得出电子温度T_e和离子密度n_i，计算公式分别是：

|i_1ω|/|i_2ω|＝I₁(eΔV/T_e)/I₂(ΔV/T_e)(1)

ni=|i1ω|Mi1.22eAkTeI0(eΔV/Te)I1(eΔV/Te)---(2)]]>

上面两式中，I₀、I₁和I₂分别是零阶、一阶和二阶修正贝塞尔函数；e是电子电量，单位为库仑；A是探针表面积，单位为平方米；M_i是离子的质量，单位为千克；k＝1.38×10^-23J/K是波尔兹曼常数；ΔV单位为伏特；|i_1ω|和|i_2ω|单位为安培；T_e和n_i单位分别是开尔文和个每立方米。