远程Ar等离子的发射光谱研究

作者：李茹; 杨鑫; 邢倩云; 张宇

来源：光谱学与光谱分析, 2023, 43(02): 394-400.

• 远程等离子体
• 发射光谱
• 电子温度
• 电子密度

远程等离子体可以有效避免电子与离子碰撞产生的刻蚀作用，加强自由基反应，取得更好的改性效果，在膜材料领域具有重要的应用价值。为了更加深入研究远程等离子体中电子状态及其变化规律，采用发射光谱法对远程Ar等离子体进行了诊断，研究了射频功率、反应腔室内压强、距放电中心距离对远程Ar等离子体发射光谱强度、电子密度和电子温度的影响。结果表明，在690～890 nm区域中特征峰较为集中，由ArⅠ原子谱线占主导，且谱线强度的变化规律和电子密度的变化规律相同。通过玻尔兹曼斜率法选取3条ArⅠ谱线计算了不同放电参数下的电子温度。电子温度随射频功率、反应腔室内压强、距放电中心距离的改变而改变。射频功率从30 W增加到150 W时，电子温度从3 105.39 K降低至2 552.91 K。压强从15 Pa增加到25 Pa时，电子温度从3 066.53 K降低到2 593.32 K,当压强继续增加到35 Pa时，电子温度则增加至2 661.71 K。在距放电中心0～10 cm处由于等离子体电位增大，电子温度上升，而10 cm后电子温度不断下降在距放电中心80 cm处趋于0 K。通过分析ArⅠ696.894谱线的斯塔克展宽计算了远程Ar等离子体的电子密度，发现电子密度的数量级可达1016 cm-3。射频功率从30 W增加到150 W时，电子密度从2.15×1016 cm-3增加到2.88×1016 cm-3,压强从15 Pa增加到25 Pa时，电子密度从2.36×1016 cm-3增加到2.90×1016 cm-3,当压强继续增加到35 Pa时，电子密度则降低至1.89×1016 cm-3。增加轴向距离电子密度快速下降并在距放电中心80cm处趋于0cm-3。可以通过控制放电参数及轴向距离来获得低浓度电子、离子氛围，有效避免电子与离子碰撞造成的刻蚀作用，获得更好的改性效果。

• 单位
  环境与化学工程学院; 西安工程大学