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第1章 等离子体基本概念和性质 1

1.1等离子体概念 1

1.1.1等离子体的定义 1

1.1.2等离子体的分类 3

1.2等离子体的导电性与准电中性 3

1.2.1等离子体的导电性 3

1.2.2等离子体的准电中性 4

1.3等离子体的基本参量 5

1.3.1等离子体密度与电离度 5

1.3.2等离子体温度 6

1.3.3德拜长度 8

1.3.4等离子体鞘层 10

1.3.5等离子体频率 13

1.3.6等离子体的时空特征量 14

1.4等离子体中带电粒子的扩散 15

1.5低气压低温等离子体诊断方法概述 18

参考文献 19

第2章 气体放电等离子体基础 20

2.1直流辉光放电 20

2.1.1帕邢定律 22

2.1.2直流辉光放电特性 22

2.2射频辉光放电 23

2.2.1射频放电过程 23

2.2.2射频等离子体中的自偏压 26

2.2.3射频放电的优点 29

2.2.4射频放电的产生方法 29

2.3微波放电 33

2.4微波电子回旋共振放电 35

参考文献 38

第3章 等离子体化学基础 39

3.1化学反应的表征 39

3.2等离子体中的化学反应 40

3.2.1同相反应 40

3.2.2异相反应 52

3.3化学反应链 54

3.4等离子体与表面相互作用 55

3.4.1等离子体与固体表面的物理作用 55

3.4.2离子和电子诱导的表面化学反应 58

3.4.3能量传递 60

3.4.4对薄膜沉积的影响 60

3.4.5等离子体诱导损伤 61

参考文献 61

第4章 低气压低温等离子体的探针诊断 62

4.1朗缪尔探针诊断的基本方法 62

4.1.1朗缪尔探针结构与工作电路 62

4.1.2朗缪尔探针的电压-电流特性 65

4.1.3从探针I-V特性曲线获取等离子体参数 67

4.1.4探针诊断的条件、优点与缺点 68

4.1.5探针测量误差的主要来源 69

4.2朗缪尔探针的基本理论 70

4.2.1无碰撞鞘层 70

4.2.2平面探针 71

4.2.3圆柱形探针 72

4.3非麦克斯韦分布的探针理论 77

4.4各向异性等离子体的探针诊断 79

4.5碰撞对探针诊断的影响 81

4.6磁化等离子体中的朗缪尔探针 82

4.6.1磁场的影响 82

4.6.2磁化等离子体中的探针测量 83

4.7射频等离子体中的朗缪尔探针 84

4.7.1射频等离子体中的探针特性 84

4.7.2射频补偿方法 85

4.7.3无补偿的测量条件 89

4.8朗缪尔探针方法的空间和时间分辨率 91

4.8.1朗缪尔探针方法的空间分辨率 91

4.8.2朗缪尔探针方法的时间分辨率 92

4.9化学活性等离子体的探针诊断 93

4.9.1化学活性等离子体中的探针污染 93

4.9.2发射探针技术 94

4.9.3电容耦合探针技术 95

4.9.4悬浮探针技术 97

4.9.5三探针技术 99

4.9.6射频阻抗探针和等离子体振荡探针技术 102

4.9.7热探针技术 102

4.9.8探针表面的清洗方法 106

4.10探针I-V特性的二次微分方法 107

4.10.1探针I-V特性二次微分的微分电路法 107

4.10.2探针I-V特性二次微分的交流测量法 108

4.10.3探针I-V特性二次微分的数值微分法 108

4.11双探针技术 110

4.12其他探针技术 111

4.12.1磁探针 111

4.12.2能量分析器 112

4.12.3射频电流探针 113

4.13低气压低温等离子体的探针诊断应用实例 114

4.13.1薄膜沉积的探针诊断 114

4.13.2脉冲激光等离子体的探针诊断 119

4.13.3尘埃等离子体的探针诊断 122

4.13.4甚高频放电等离子体的探针诊断 123

参考文献 126

第5章 低气压低温等离子体的波干涉诊断 128

5.1微波干涉法 128

5.2传输线微波干涉法 131

5.3激光干涉法 137

5.4激光双色干涉法 139

参考文献 141

第6章 低气压低温等离子体的光谱诊断 143

6.1等离子体光谱的产生机理 143

6.2发射光谱 146

6.2.1等离子体发射光谱的谱特性 146

6.2.2发射光谱诊断的实验装置 151

6.2.3发射光谱方法的优点与缺点 156

6.3发射光谱的光化线强度测定法 156

6.4等离子体温度的光谱测量 159

6.4.1惰性示踪气体发射光谱法测量电子温度 160

6.4.2光强比值法测量电子温度 163

6.4.3发射光谱法测量分子转动温度、振动温度 166

6.5吸收光谱 172

6.5.1吸收光谱原理 172

6.5.2吸收光谱实验装置 173

6.6激光诱导荧光光谱 176

6.6.1激光诱导荧光原理 176

6.6.2激光诱导荧光光谱的实验装置 177

6.6.3激光诱导荧光光谱方法的优点与缺点 178

6.7光腔衰荡光谱 179

6.7.1光腔衰荡光谱原理 180

6.7.2光腔衰荡光谱实验装置 182

6.7.3光腔衰荡光谱实验数据的获得 183

6.8低气压低温等离子体的光谱诊断应用实例 184

6.8.1C基气体分子放电等离子体的光谱诊断 186

6.8.2Si基气体分子放电等离子体的光谱诊断 192

6.8.3F基气体分子放电等离子体的光谱诊断 202

6.8.4等离子体材料加工工艺的终点探测 208

参考文献 210

第7章 低气压低温等离子体的质谱诊断 213

7.1质谱诊断的基本原理 213

7.2四极质谱仪 219

7.2.1四极质谱仪的主要结构与工作原理 219

7.2.2四极质谱仪的分辨率 223

7.2.3四极质谱仪的标定 224

7.2.4四极质谱仪的优点与缺点 224

7.2.5AccuQuad 100D四极质谱仪介绍 225

7.3飞行时间质谱仪 227

7.4磁偏转质谱仪 229

7.5质谱仪与等离子体系统的连接 231

7.5.1机械连接 231

7.5.2电连接 235

7.6质谱数据的表示方法 236

7.6.1质谱数据的表示 236

7.6.2图形系数 238

7.7中性气体的质谱分析 238

7.7.1中性气体的四极质谱分析技术 238

7.7.2中性气体质谱的成分识别 240

7.7.3中性气体质谱的相对浓度测定 241

7.8离子的质谱分析 242

7.8.1离子的四极质谱分析技术 242

7.8.2离子密度与离子能量分布的确定 243

7.8.3等离子体的离子质谱分析 244

7.9用质谱确定等离子体物理基本数据 247

7.10低气压低温等离子体的质谱诊断应用实例 248

7.10.1Si基分子放电等离子体的质谱分析 248

7.10.2C基分子放电等离子体的质谱分析 259

7.10.3F基分子放电等离子体的质谱分析 262

7.10.4脉冲激光烧蚀Ni、Al、ZnO靶的四极质谱和飞行时间质谱分析 264

参考文献 266

附录 部分受激原子、分子、离子发光特征谱线表 268

参考文献 277