基于均勻離子密度的容性耦合射頻放電等離子體的實驗診斷研究

摘要：容性耦合射頻(CCRF)放電可用于制備大體積、均勻、低溫非熱平衡等離子體,已得到了國內外的廣泛關注。針對CCRF放電過程中等離子體參量的診斷問題,本文提供了一種基于均勻離子密度的描述CCRF放電的等效回路模型(ECM),并根據等效阻抗原理引入能量平衡方程,對等離子體特征參量電子密度n_e和電子溫度T_e進行了診斷,診斷結果與等離子體發射光譜診斷結果相一致。實驗結果表明:在一般的CCRF放電過程中,放電電流與放電電壓波形呈正弦曲線,高次諧波成分較少且總的諧波強度小于基波信號的11%,可以采用ECM描述等離子體放電狀態。隨著射頻輸入功率的增加,等離子體電子密度線性增加,但電子溫度變化不明顯,鞘層厚度逐漸減小,主等離子體區厚度增加;隨著工作氣體壓強的升高,電子密度和電子溫度均減小。對于較高的氣壓,放電在不同的輸入功率下分為低功率下的α模式和高功率下的γ模式,這主要是極板表面的俄歇發射過程引起的。