《螺旋波電漿特性及與材料相互作用基礎研究》是依託蘇州大學，由吳雪梅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：螺旋波電漿特性及與材料相互作用基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳雪梅
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
電漿與材料表面的複雜相互作用，可同時改變兩者的狀態而直接影響電漿的套用，並成為電漿科學技術領域的研究熱點。本項目選用具有明確套用目標的高密度螺旋波電漿(HWP)放電，本著電漿產生、電漿線上診斷，材料表面表征相結合的原則，研究HWP產生機理、約束方法及與材料（半導體材料、Tokamak壁材料）表面相互作用；分別採用探針、光譜、質譜等實驗診斷手段，通過不同天線形狀、不同磁場、不同電源的頻率及功率的調節，研究對電漿參數（電漿密度、電子溫度等）、化學活性粒子種類、以及入射到材料表面上離子能量和角度分布的影響；探求電漿基元的種類、分布與材料表面相互作用過程、結構和性質的關聯；建立螺旋波電漿與材料表面相互作用的物理模型。揭示電漿與材料表面相互作用的機理和規律，為具有自主智慧財產權的HWP半導體刻蝕設備的最佳化和HWP壁處理工藝的參數最佳化提供有價值的科學依據。
結題摘要
電漿與材料表面的複雜相互作用，可同時改變兩者的狀態而直接影響電漿的套用，並成為電漿科學技術領域的研究熱點。本項目主要依託蘇州大學強磁場螺旋波實驗裝置（HMHX）產生高密度螺旋波電漿(HWP)放電，間或採用其他模式放電，比如ICP、CCP及雙頻放電等，開展電漿與材料相互作用研究。取得如下研究進展： （1）在13.56MHz和60MHz射頻頻率激勵下，獲得HWP放電。通過強磁場直流線圈和線圈水冷系統研製，實現強磁場；通過射頻功率傳輸系統和匹配網路的重新設計，實現（0）反射功率的最佳匹配；通過不同結構、尺寸、材料種類的射頻天線設計和放電研究，利用自行研製的內置螺旋波天線，抑制寄生CCP放電，獲得穩定的HWP放電。 （2）系統開展電漿放電診斷研究。利用探針、光譜、CCD相機、EQP等，分別對ICP及HWP模式下的放電進行系統診斷，研究不同工作參數下電漿放電參數特性和實驗規律，實現高參數螺旋波放電，其相關電漿參數為，電子密度ne~1020/m3、電子溫度Te~6-7eV、離子溫度Ti~80eV、中性氣體溫度~1000℃、離子通量Фi~8×1023/m2s1。 （3）開展電漿微納材料處理研究。利用不同方式、模式電漿處理Si、GaAs表面，低溫下形成高質量微納錐形結構；刻蝕SiC形成石墨烯；處理ITO、AZO和Hf基薄膜表面和界面改善其光電性能等，並建立模型分析活性氣體分布、種類、能量、通量等與材料處理效果關聯。利用穩態的高通量氮HWP，在低溫短時間內（5min）一步合成SiON薄膜，材料表征和電漿診斷研究表明，樣品中N含量與N離子的密度和通量有關，而薄膜厚度與氣體溫度有關，材料表面的形貌與薄膜的厚度及離子能量有關。 （4）開展螺旋波電漿壁處理研究。在ICP和HWP放電模式下對取自於EAST內壁的未清洗的石墨瓦進行清洗處理，結果表明對於經過HWP處理的樣品，其表面更加緻密緊實，平均尺寸更小，幾乎沒有顆粒狀雜質吸附。利用N2-HWP對鎢靶進行注氮預處理後，利用Ar-HWP對含氮鎢靶進行清洗，僅需45分鐘就能完成。通過EQP實時監測各種氣體分壓，利用粒子平衡法計算Ar-HWP對氮的清洗效率，表明清除率高於EAST常規清洗對氘清除率的10-100倍。實驗上首次驗證了HWP高的壁清洗效率，為將來更進一步深入研究螺旋波壁處理提供參考。
