[毕业论文] 亚稳态原子对氩等离子体特性影响的数值研究 [复制链接]

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毕业论文-亚稳态原子对氩等离子体特性影响的数值研究，共64页，26159字。
中文摘要
容性耦合等离子体在电子工业所使用的超大规模集成电路的生产过程中，起着不可替代的作用，它被广泛的应用于光刻胶的剥离，薄膜的沉积以及半导体表面的刻蚀等过程中。氩气对于放电来说是很重要的，它可以用来稀释反应气体，并可以增强刻蚀过程。众所周知，与其它气体相比，氩气中存在大量处于激发态的原子，这些亚稳态原子的存在会耗散一定的外电源功率，因此会对等离子体中的各项参数产生影响。
在本文中，采用自洽的流体模型来研究亚稳态原子对容性耦合等离子体中各项特性参数的影响。通过在不同的放电条件下进行模拟（如不同的放电气压、极板间距、射频电压和射频频率），我们得到了在考虑亚稳态原子时，等离子体中各项参数的时空分布，对亚稳态原子的影响作用有了进一步的了解。最后我们采用了二维流体模型进行进一步的模拟，得到了更为精确的分布结果。
研究结果表明，当考虑亚稳态原子时，等离子体密度会有所降低。当气压较低，且放电间隙较小时，亚稳态效应使得体等离子体区的电子温度有所增加，而在其他的放电条件下，电子温度则有所降低。亚稳态原子密度的分布是比较特殊的。当气压较低或射频电压较低时，亚稳态原子密度的空间分布呈近似的抛物线型。而随着气压和电压的升高，亚稳态原子的密度分布逐渐过渡为双峰结构，峰值出现在鞘层和主体区的交界处附近，而在放电中心处出现一个下凹点。在研究频率效应时，模拟结果表明，等离子体密度和亚稳态原子密度峰值均随着频率的增加先下降后上升，出现一个拐点，这可能是由于不同的放电模式造成的。二维模拟的结果，与一维模拟的结果符合得较好，证明了模拟结果的有效性。
关键词：容性耦合等离子体； 流体模拟； 亚稳态原子

目 录
摘 要 I
Abstract II
1 文献综述 1
1.1 等离子体概述 1
1.2 等离子体的研究现状及意义 2
1.3 亚稳态原子的简介 3
1.4 本文的结构及安排 4
1.5 本章小结 4
2 射频容性耦合氩等离子体的一维流体力学模型 5
2.1 计算流体力学概述 5
2.2 流体力学模型的建立 5
2.2.1 简化模型的假设 5
2.2.2 流体模型的建立 7
2.3 边界条件 9
2.4 反应速率常数 10
2.5 本章小结 11
3 数值方法 12
3.1 有限差分 12
3.1.1 空间离散 12
3.1.2 时间离散 12
3.2 方程的离散 13
3.2.1 电子方程的离散 14
3.2.2 泊松方程的离散 15
3.2.3 FCT方法 15
3.2.4 亚稳态原子方程的离散 15
3.3 本章小结 16
4 一维流体模拟结果与分析 17
4.1 气压的影响 17
4.2 放电间隙的影响 24
4.3 射频电压的影响 29
4.4 射频频率的影响 37
4.5 本章小结 43
5 二维射频容性耦合等离子体的模拟 44
5.1 引言 44
5.2 二维流体模型的建立 45
5.3 数值方法 46
5.3.1 有限体积法 46
5.3.2 方程的离散 47
5.4 模拟结果及讨论 48
5.5 本章小节 52
结 论 54
参 考 文 献 56
致 谢 58

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