Исследования в условиях плазмы электронного циклотронного резонанса с применением резонанса на второй гармонике циклотронной частоты

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

СВЧ плазма (частота генерации 2.45 ГГц, мощность 200–1000 Вт, давление 0.2–10 мТорр) возбуждалась и поддерживалась в двух основных режимах: (1) при непрерывной подаче СВЧ мощности и низких магнитных полях (В = 300–450 Гс) в условиях сверхплотной (Ne > Ncr = 7.4 ´ 1010 см–3) плазмы и низкой плотности плазмы (Ne < Ncr); (2) при высоких магнитных полях (В = 750–1000 Гс), близких к ЭЦР-условию. Исследовались особенности генерации плазмы при условии ЭЦР и при условии резонанса на второй циклотронной гармонике.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Ковальчук

Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: anatoly-fizmat@mail.ru
Россия, г. Черноголовка

С. Ю. Шаповал

Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук

Email: shapoval@iptm.ru
Россия, г. Черноголовка

Список литературы

  1. Celona L., Gammino S., Ciavola G., Maimone F., Mascali D. Microwave to plasma coupling in electron cyclotron resonance and microwave ion sources (invited). Rev. Sc. Instrum., 81 (2), 02A333 (2010). doi: 10.1063/1.3265366
  2. Shapoval S., Bulkin P., Chumakov A., Khudobin S., Maximov I., Mikhailov G. Compact ECR-source of ions and radicals for semiconductor surface treatment. Vacuum, 43 (3), 195 (1992). https://doi.org/10.1016/0042-207X(92)90260-4
  3. Polushkin E.A., Nefed’ev S.V., Koval’chuk A.V. et al. Hydrogen Plasma under Conditions of Electron-Cyclotron Resonance in Microelectronics Technology. Russ Microelectron 52, 195–197 (2023). https://doi.org/10.1134/S1063739723700373
  4. Shapoval S., Gurtovoi V., Kovalchuk A., Lester F.E., Vertjachih A., Gaquiere C., Theron D. "Improvement of conductivity and breakdown characteristics of AlGaN/GaN HEMT structures in passivation experiments", Proc. SPIE 5023, 10th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, (11 June 2003). https://doi.org/10.1117/12.511539
  5. Datlov J., Teichmann J., Zacek F. Regimes of plasma acceleration by inhomogenous high frequency and magnetostatic field in a cavity resonator. Phys. Letters, 17 (1), 30 (1965). https://doi.org/10.1016/0031-9163(65)90634-7
  6. Celona L., Gammino S., Maimone F., Mascali D., Gambino N. , Miracoli R., and Ciavola G. Observations of resonant modes formation in microwave generated magnetized plasmas. Eur. Phys. J. D, 61(1), 107 (2011). https://doi.org/10.1140/¬epjd/e2010-00244-y
  7. Skalyga V.A., Golubev S.V., Izotov I.V., Lapin R.L., Razin S.V., Sidorov A.V., and Shaposhnikov R. A. High-current pulsed ECR ion sources. Prikl. Fiz., 1, 17 (2019). https://applphys.orion-ir.ru/appl-19/19-1/PF-19-1-17.pdf
  8. Tulle P.A. Off-resonance microwave-created plasmas. Plasma Phys., 15 (10), 971 (1973). doi: 10.1088/0032-1028/15/10/003
  9. Morito M., and Ken’ichi O. Ion extraction from microwave plasma excited by ordinary and extraordinary waves and applications to the sputtering deposition. J . Vac. Sci. Technol. A, 9, 691 (1991). https://doi.org/10.1116/1.577345
  10. Kovalchuk A., Beshkov G., Shapoval S. Dehydrogenation of Low-Temperature ECR-Plasma Silicon Nitride Films under Rapid Thermal Annealing. J. Res. Phys., 31 (1), 37–46 (2007). https://www.researchgate.net/publication/277125029_Dehydrogenation_of_low-temperature_ECR-plasma_silicon_nitride-_films_under_rapid_thermal_annealing
  11. Райзер Ю.П. Физика газового разряда, Глава 8, § 5, пункт 5.3., 199 («Наука», Физматлит 1992) ISBN: 5-02-014615-3. https://studizba.com/files/show/djvu/2107-1-rayzer-yu-p--fizika-gazovogo-razryada.html (in Russian)
  12. Райзер Ю.П. Физика газового разряда, Глава 15, § 4, пункт 4.3., 479 («Наука», Физматлит 1992) ISBN: 5-02-014615-3. https://studizba.com/files/show/djvu/2107-1-ray¬zer-yu-p--fizika-gazovogo-razryada.html (in Russian)
  13. Shapoval S.Y., Petrashov V.T., Popov O.A, Yoder M.D., Maciel P.D., and Lok C.K.C. Electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition of large area uniform silicon nitride films. J . Vac. Sci. Technol. A, 9 (6), 3071 (1991). doi: 10.1116/1.577175
  14. Salahshoor M., Aslaninejad M. Resonance surface, microwave power absorption, and plasma density distribution in an electron cyclotron resonance ion source. Phys. Rev. Accel. Beams, 22 (4), 043402 (2019). doi: 10.1103/PhysRevAccelBeams.22.043402
  15. Roychowdhury P., Mishra L., Kewlani H., Gharat S. Hydrogen Plasma Characterization at Low Pressure in 2.45 GHz Electron Cyclotron Resonance Proton Ion Source. IEEE Transactions on Plasma Science, 45 (4), 665 (2017). doi: 10.1109/TPS.2017.2679758
  16. Gallo C.S., Galata A., Mascali D., Torrisi G. A possible optimization of electron cyclotron resonance ion sources plasma chambers. 23th Int. Workshop on ECR Ion Sources, 67 (Catania, Italy, ECRIS 2018). https://accelconf.web.cern.ch/ecris2018/papers/tub3.pdf
  17. Qian Y. Jin, Yu G. Liu, Yang Z., Qi Wu, Yao J. Zhai and Liang T. Sun. RF and Microwave Ion Sources Study at Institute of Modern Physics. Plasma, 4 (2), 332 (2021). https://doi.org/10.3390/plasma4020022
  18. Mauro G.S., Torrisi G., Leonardi O., Pidatella A., Sorbello G., and Mascali D. Design and Analysis of Slotted Waveguide Antenna Radiating in a “Plasma-Shaped” Cavity of an ECR Ion Source. MDPI Telecom, 2 (1), 42 (2021). https://doi.org/10.3390/telecom-2010004
  19. Tsybin O.Yu., Makarov S.B., Dyubo D.B., Kuleshov Yu.V., Goncharov P.S., Martynov V.V., Shunevich N.A. An electrically powered ion accelerator with contact ionization for perspective electrically powered thrusters. St. Petersburg Polytechnical State University Journal. Physics and Mathematics, 13 (2), 99 (2020). https://physmath.spbstu.ru/en/article/2020.48.08/
  20. Lax B., Allis W.P. and Brown S.C. The effect of magnetic field on the breakdown of gases at microwave frequencies. J. Appl. Phys., 21, 1297 (1950). doi: 10.1063/1.1699594
  21. Popov O.A. Characteristics of electron cyclotron resonance plasma sources. J. Vac. Sci. Technol. A, 7 (3), 894 (1989). https://doi.org/10.1116/1.575816
  22. Shapoval S.Y., Petrashov V.T., Popov O.A., Yoder M.D.Jr., Maciel P.D., and Lok C.K.C. Electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition of large area uniform silicon nitride films. J. Vac. Sci. Technol. A, 9(6), 3071 (1991). https://doi.org/10.1116/1.577175
  23. Ginzburg V.L. The Propagation of Electromagnetic Waves in Plasmas 2nd ed. (Pergamon Press, Oxford, 1970) ISBN: 0080155693; Russian original:, V. L. Ginzburg. The Propagation of Electromagnetic Waves in Plasmas 2nd ed. (Nauka, Moscow, 1967). https://www.studmed.ru/ginzburg-vl-rasprostranenie-elektromagnitnyh-voln-v-plazme_729023ed3e1.html
  24. Popov O.A., Shapoval S.Y. and Yoder M.D.Jr. 2.45 GHz microwave plasmas at magnetic fields below ECR. Plasma Sources Sci. Technol., 1 (1), 7 (1992). doi: 10.1088/0963-0252/1/1/002
  25. Popov O.A., Shapoval S.Y. and Yoder M.D., and Chumakov A.A. Electron cyclotron resonance plasma source for metalorganic chemical vapor deposition of silicon oxide films. J. Vac. Sci. Technol. A, 12(2), 300 (1994). https://doi.org/10.1116/1.578872
  26. Stix T.H. The Theory of Plasma Waves (McGraw-Hill, New York, 1962) ASIN: B0006AY0IW. https://babel.hathitrust.-org/cgi/pt?id=uc1.b3754096&view=1up&seq=9

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема экспериментальной установки с генерацией плазменного разряда в условиях ЭЦР: f = 2.45 ГГц, Br = 875 Гс. Для управления энергией положительно заряженных ионов к держателю подложки (Si, GaAs или Al2O3 пластина) прикладывается ВЧ-напряжение с управляемой амплитудой. Газовое кольцо используется для организации однородного распределения по поверхности сапфировой подложки потока молекул триметилгаллия и триметилаллюминия в процессе эпитаксиального осаждения слоёв GaN и AlxGa1-xN.

Скачать (175KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение магнитного поля на оси реактора в зависимости от расстояния до среза окна энерговвода. В экспериментах для обеспечения формирования однородной моды плазмы использовалась область Z = [5, 6] см.

Скачать (103KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость тока насыщения плазменного зонда от величины магнитного поля в интервале «полки» (см. рис. 2). Pf = 500 Вт, Pref = 50 Вт, давление азота 1 мТорр. При перестройке магнитного поля для определения зависимости тока насыщения зонда от магнитного поля токи катушек изменялись пропорционально, чтобы сохранить распределение напряженности поля. Величина отраженной мощности Pref поддерживалась автоматическим тюнером на уровне 50 Вт.

Скачать (99KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости ионного тока насыщения зонда Jion от поглощенной СВЧ мощности Pabs = (Pf–Pref) в плазме N2. Давление азота p = 1 мТорр.

Скачать (92KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость тока насыщения плазменного зонда Jion от давления азота в реакторе. Падающая мощность Pf = 500 Вт. Отраженная мощность Pref = 50 Вт. Магнитное поле на оси реактора B = Br /2 = 438 Гс.

Скачать (83KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость плотности плазмы от давления азота в реакторе. Падающая мощность Pf = 500 Вт. Отраженная мощность Pref = 50 Вт, Магнитное поле на оси реактора B = Br = 875 Гс. Концентрация электронного газа вычислялась из данных КВЧ интерферометрии.

Скачать (90KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024