等離子體放電與材料工藝原理（第二版）

第1章概述
1．1材料處理
1．2等離子體和鞘層
1．2．1等離子體
1．2．2鞘層
1．3放電
1．3．1射頻二極放電系統(tǒng)
1．3．2高密度等離子體源
1．4符號和單位
第2章等離子體的基本方程和平衡態(tài)性質(zhì)
2．1引言
2．2場方程、電流和電壓
2．2．1麥克斯韋方程組
2．3守恒方程
2．3．1玻爾茲曼方程
2．3．2宏觀量
2．3．3粒子數(shù)守恒方程
2．3．4動量守恒方程
2．3．5能量守恒方程
2．3．6小結(jié)
2．4平衡態(tài)性質(zhì)
2．4．1玻爾茲曼關(guān)系式
2．4．2德拜長度
2．4．3準(zhǔn)電中性
2．5習(xí)題
第3章原子碰撞
3．1基本概念
3．1．1彈性和非彈性碰撞
3．1．2碰撞參數(shù)
3．1．3微分散射截面
3．2碰撞動力學(xué)
3．2．1質(zhì)心坐標(biāo)系
3．2．2能量轉(zhuǎn)移
3．2．3小角度散射
3．3彈性散射
3．3．1庫侖碰撞
3．3．2極化散射
3．4非彈性碰撞
3．4．1原子能級
3．4．2電偶極輻射和亞穩(wěn)態(tài)原子
3．4．3電子碰撞電離截面
3．4．4電子碰撞激發(fā)截面
3．4．5離子-原子電荷轉(zhuǎn)移
3．4．6離子-原子碰撞電離
3．5分布函數(shù)下的平均值和表面效應(yīng)
3．5．1麥克斯韋分布下的平均值
3．5．2每產(chǎn)生一個電子-離子對所造成的能量損失
3．5．3表面效應(yīng)
3．6習(xí)題
第4章等離子體動力學(xué)
4．1基本運(yùn)動
4．1．1在均勻穩(wěn)定場中的運(yùn)動
4．1．2E×B漂移
4．1．3能量守恒
4．2非磁化等離子體動力學(xué)
4．2．1等離子體振蕩
4．2．2介電常數(shù)和電導(dǎo)率
4．2．3歐姆加熱
4．2．4電磁波
4．2．5靜電波
4．3導(dǎo)向中心運(yùn)動
4．3．1平行力
4．3．2磁矩的絕熱不變性
4．3．3沿磁力線運(yùn)動產(chǎn)生的漂移（曲率漂移）
4．3．4由回旋運(yùn)動產(chǎn)生的漂移（梯度漂移）
4．3．5極化漂移
4．4磁化等離子體動力學(xué)
4．4．1介電張量
4．4．2波的色散關(guān)系
4．5磁化等離子體中的波
4．5．1基本電子波
4．5．2包含離子運(yùn)動的基本波
4．5．3CMA圖
4．6波診斷
4．6．1干涉儀
4．6．2諧振腔微擾法
4．6．3波傳播法
4．7習(xí)題
第5章擴(kuò)散和輸運(yùn)
5．1基本關(guān)系式
5．1．1擴(kuò)散和遷移率
5．1．2自由擴(kuò)散
5．1．3雙極性擴(kuò)散
5．2擴(kuò)散方程的解
5．2．1邊界條件
5．2．2隨時間變化的解
5．2．3穩(wěn)態(tài)平行板解
5．2．4穩(wěn)態(tài)圓柱形解
5．3低氣壓解
5．3．1變遷移率模型
5．3．2朗繆爾解
5．3．3經(jīng)驗歸納解
5．4在磁場中的擴(kuò)散過程
5．4．1雙極性擴(kuò)散
5．5磁多極約束
5．5．1磁場結(jié)構(gòu)分析
5．5．2等離子體約束
5．5．3泄漏寬度w
5．6習(xí)題
第6章直流鞘層
6．1基本概念和方程
6．1．1無碰撞鞘層
6．2玻姆鞘層判據(jù)
6．2．1對等離子體的要求
6．2．2預(yù)鞘層
6．2．3懸浮器壁的鞘層電位
6．2．4碰撞鞘層
6．2．5模擬結(jié)果
6．3高電壓鞘層
6．3．1板形鞘層（Matrix Sheath）
6．3．2滿足蔡爾德定律的鞘層
6．4鞘層形成的廣義判據(jù)
6．4．1電負(fù)性氣體
6．4．2具有多種正離子的等離子體
6．5高電壓碰撞鞘層
6．6靜電探針診斷
6．6．1無碰撞鞘層中的平面探針
6．6．2具有非麥克斯韋分布電子時的情況
6．6．3無碰撞鞘層中的圓柱形探針
6．6．4雙探針和發(fā)射探針
6．6．5碰撞和直流磁場效應(yīng)
6．6．6探針制作和探針電路
6．6．7隨時間變化電場中的探針
6．7習(xí)題
第7章化學(xué)反應(yīng)和平衡
7．1引言
7．2能量和焓
7．3熵和吉布斯自由能
7．3．1吉布斯自由能
7．4化學(xué)平衡
7．4．1氣壓和溫度的影響
7．5異相平衡
7．5．1不同相之間的平衡
7．5．2在表面上的平衡
7．6習(xí)題
第8章分子碰撞
8．1引言
8．2分子結(jié)構(gòu)
8．2．1分子的振動和轉(zhuǎn)動能級
8．2．2光學(xué)輻射
8．2．3負(fù)離子
8．3電子-分子碰撞反應(yīng)
8．3．1分解
8．3．2分解電離
8．3．3分解復(fù)合
8．3．4氫分子的例子
8．3．5分解電子吸附
8．3．6極化分解
8．3．7亞穩(wěn)態(tài)負(fù)離子
8．3．8電子碰撞解離
8．3．9振動和轉(zhuǎn)動激發(fā)
8．3．10彈性散射
8．4重粒子之間的碰撞
8．4．1共振電荷轉(zhuǎn)移和非共振電荷轉(zhuǎn)移
8．4．2正負(fù)離子復(fù)合
8．4．3復(fù)合解離
8．4．4激發(fā)轉(zhuǎn)移
8．4．5化學(xué)鍵重排
8．4．6離子-中性粒子彈性散射
8．4．7三體過程
8．5反應(yīng)速率和細(xì)致平衡
8．5．1溫度的影響
8．5．2細(xì)致平衡原理
8．5．3氧的一組數(shù)據(jù)
8．6發(fā)射光譜法和光學(xué)借標(biāo)測定
8．6．1發(fā)射光譜法
8．6．2光學(xué)借標(biāo)測定
8．6．3氧原子的光學(xué)借標(biāo)測定
8．7習(xí)題
第9章化學(xué)動力學(xué)與表面過程
9．1基元反應(yīng)
9．1．1平衡常數(shù)之間的關(guān)系
9．2氣相動力學(xué)
9．2．1一級連串反應(yīng)
9．2．2可逆反應(yīng)
9．2．3有光子發(fā)射的雙分子化合反應(yīng)
9．2．4三體化合反應(yīng)
9．2．5三體正負(fù)離子復(fù)合反應(yīng)
9．2．6三體電子-離子復(fù)合反應(yīng)
9．3表面過程
9．3．1正離子中和反應(yīng)和二次電子發(fā)射
9．3．2吸附和解吸附
9．3．3裂解
9．3．4濺射過程
9．4表面動力學(xué)
9．4．1中性粒子的擴(kuò)散
9．4．2擴(kuò)散損失率
9．4．3吸附和解吸附
9．4．4分解吸附和復(fù)合解吸附
9．4．5物理吸附
9．4．6與表面的反應(yīng)
9．4．7在表面上的反應(yīng)
9．4．8表面動力學(xué)和損失概率
9．5習(xí)題
第10章放電過程中的粒子平衡和能量平衡
10．1引言
10．2電正性等離子體平衡態(tài)分析
10．2．1基本性質(zhì)
10．2．2均勻密度的放電模型
10．2．3非均勻放電模型
10．2．4中性自由基的產(chǎn)生和損失
10．3電負(fù)性等離子體平衡態(tài)分析
10．3．1微分方程
10．3．2負(fù)離子的玻爾茲曼平衡
10．3．3守恒方程
10．3．4簡化方程的有效性
10．4電負(fù)性等離子體的近似平衡分析
10．4．1整體模型
10．4．2低氣壓下的拋物線分布近似
10．4．3高氣壓下的平頂模型
10．5電負(fù)性等離子體放電實驗和數(shù)值模擬
10．5．1氧氣放電
10．5．2氯氣放電
10．6脈沖放電
10．6．1電正性氣體的脈沖放電
10．6．2電負(fù)性氣體的脈沖放電
10．6．3中性基團(tuán)動力學(xué)過程
10．7習(xí)題
第11章容性放電
11．1均勻放電模型
11．1．1主等離子體區(qū)導(dǎo)納
11．1．2鞘層導(dǎo)納
11．1．3粒子平衡與能量平衡
11．1．4放電參數(shù)
11．2非均勻放電模型
11．2．1無碰撞鞘層動力學(xué)
11．2．2蔡爾德定律
11．2．3鞘層電容
11．2．4歐姆加熱
11．2．5隨機(jī)加熱
11．2．6自洽模型方程
11．2．7標(biāo)度關(guān)系
11．2．8碰撞鞘層
11．2．9低電壓和中等電壓鞘層情況
11．2．10鞘層中的歐姆加熱
11．2．11自洽的無碰撞加熱模型
11．2．12雙頻和高頻放電
11．2．13電負(fù)性等離子體
11．3實驗與數(shù)值模擬
11．3．1實驗結(jié)果
11．3．2PIC數(shù)值模擬
11．3．3二次電子的作用
11．3．4模型的意義
11．4非對稱放電
11．4．1電容分壓器模型
11．4．2球殼模型
11．5低頻時的射頻鞘層
11．6電極處的離子轟擊能量
11．7磁增強(qiáng)的氣體放電
11．8匹配網(wǎng)絡(luò)和功率測量
11．8．1匹配網(wǎng)絡(luò)
11．8．2功率測量
11．9習(xí)題
第12章感性放電
12．1高密度、低氣壓等離子體
12．1．1感性等離子體源的結(jié)構(gòu)
12．1．2功率吸收與工作參數(shù)狀態(tài)
12．1．3放電工作狀態(tài)與耦合
12．1．4匹配網(wǎng)絡(luò)
12．2其他工作狀態(tài)
12．2．1低密度下的工作狀態(tài)
12．2．2容性耦合
12．2．3滯回現(xiàn)象和不穩(wěn)定性
12．2．4功率轉(zhuǎn)移效率
12．2．5精確解
12．3盤香形線圈等離子體源
12．4螺旋共振器放電
12．5習(xí)題
第13章波加熱的氣體放電
13．1電子回旋共振等離子體
13．1．1特性和結(jié)構(gòu)
13．1．2電子加熱
13．1．3波的共振吸收
13．1．4模型和數(shù)值模擬
13．1．5等離子體膨脹
13．1．6測量
13．2螺旋波放電
13．2．1螺旋波模式
13．2．2天線耦合
13．2．3螺旋波吸收模式
13．2．4中性氣體貧化
13．3表面波放電
13．3．1平面型表面波
13．3．2圓柱形表面波
13．3．3功率平衡
13．4習(xí)題
第14章直流放電
14．1輝光放電的定性描述
14．1．1正柱區(qū)
14．1．2陰極鞘層
14．1．3負(fù)輝光區(qū)和法拉第暗區(qū)
14．1．4陽極位降
14．1．5其他的放電特征
14．1．6濺射和其他放電構(gòu)形
14．2正柱區(qū)分析
14．2．1電子溫度Te的計算
14．2．2E和n0的計算
14．2．3動理學(xué)效應(yīng)
14．3陰極鞘層分析
14．3．1真空擊穿
14．3．2陰極鞘層
14．3．3負(fù)輝區(qū)和法拉第暗區(qū)
14．4中空陰極管放電
14．4．1簡單放電模型
14．4．2在中空陰極管放電中的金屬氣化產(chǎn)物
14．5平面磁控放電
14．5．1輝光放電濺射源的缺陷
14．5．2磁控放電結(jié)構(gòu)
14．5．3放電模型
14．6電離物理氣相沉積
14．7習(xí)題
第15章刻蝕
15．1刻蝕的工藝指標(biāo)和工藝過程
15．1．1等離子體刻蝕的工藝指標(biāo)
15．1．2刻蝕工藝過程
15．2刻蝕反應(yīng)動力學(xué)
15．2．1表面動力學(xué)過程
15．2．2放電動力學(xué)和負(fù)載效應(yīng)
15．2．3化學(xué)反應(yīng)框架
15．3用鹵素原子刻蝕硅
15．3．1氟原子產(chǎn)生的純化學(xué)刻蝕
15．3．2離子能量驅(qū)動的氟原子刻蝕
15．3．3CF4放電
15．3．4在原料氣體中添加O2和H2
15．3．5氯原子刻蝕
15．4其他刻蝕系統(tǒng)
15．4．1用F和CFx刻蝕二氧化硅
15．4．2Si3N4的刻蝕
15．4．3鋁的刻蝕
15．4．4銅的刻蝕
15．4．5光刻膠的刻蝕
15．5基片上的電荷積累
15．5．1門氧化層的損壞
15．5．2接地的基片
15．5．3不均勻的等離子體
15．5．4刻蝕中的瞬時損傷
15．5．5電子陰影效應(yīng)
15．5．6射頻偏壓
15．5．7刻蝕輪廓的畸變
15．6習(xí)題
第16章沉積與注入
16．1引言
16．2等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積
16．2．1非晶硅的沉積
16．2．2二氧化硅的沉積
16．2．3氮化硅的沉積
16．3濺射沉積
16．3．1物理濺射沉積
16．3．2反應(yīng)濺射沉積
16．4等離子體浸沒離子注入(PIII)
16．4．1無碰撞鞘層模型
16．4．2碰撞鞘層模型
16．4．3PIII方法在材料工藝中的應(yīng)用
16．5習(xí)題
第17章塵埃等離子體
17．1物理現(xiàn)象的定性描述
17．2顆粒充電和放電平衡
17．2．1平衡電位和電荷
17．2．2放電平衡
17．3顆粒平衡
17．4塵埃顆粒的形成和生長
17．5物理現(xiàn)象及其診斷
17．5．1強(qiáng)耦合等離子體
17．5．2塵埃聲波
17．5．3顆粒的受迫振動
17．5．4激光散射
17．6顆粒的清除或產(chǎn)生
17．7習(xí)題
第18章氣體放電的動理論
18．1基本概念
18．1．1兩項近似法
18．1．2克魯克碰撞算符
18．1．3有碰撞時的兩項動理論方程
18．1．4擴(kuò)散和遷移率
18．1．5Druyvesteyn分布
18．1．6射頻電場中的電子分布函數(shù)
18．1．7等效電導(dǎo)率
18．2局域動理論
18．3非局域動理論
18．4準(zhǔn)線性擴(kuò)散和隨機(jī)加熱
18．4．1準(zhǔn)線性擴(kuò)散系數(shù)
18．4．2隨機(jī)加熱
18．4．3擴(kuò)散張量與速度場隨機(jī)擴(kuò)散模型的關(guān)系
18．4．4兩項動理論方程
18．5在趨膚層中的能量擴(kuò)散
18．5．1隨機(jī)加熱
18．5．2等效碰撞頻率
18．5．3能量分布
18．6放電的動理論模型
18．6．1非麥克斯韋分布時的整體模型
18．6．2感性耦合等離子體
18．6．3容性耦合等離子體
18．7習(xí)題
附錄A碰撞動力學(xué)
附錄B碰撞積分
附錄C變遷移率模型中的擴(kuò)散方程的解
參考文獻(xiàn)
中英文術(shù)語對照表