大工在低溫等離子體物理基礎研究取得突破性進展

2021-02-08 大連理工大學

容性耦合等離子體中非線性駐波現象的實驗觀察：在半導體晶片製造過程中，有三分之一以上的工序需要利用低溫等離子體加工技術。容性耦合等離子體源由於具有放電均勻性好等優勢，已被廣泛應用於幹法刻蝕和薄膜沉積等晶片製造工藝中。近年來，隨著晶圓尺寸和電源驅動頻率的日趨增大，由駐波效應引起的等離子體不均勻性已成為制約半導體工藝設備發展的重要因素，由此引起了工業界及科研界的廣泛關注。

近日，我校物理學院、三束材料改性教育部重點實驗室王友年教授課題組與美國加州大學伯克利分校Michael A. Lieberman教授及美國休斯頓大學Demetre J. Economou教授合作，在容性耦合等離子體中非線性駐波效應研究方面取得突破性進展。相關成果以「Observation of Nonlinear Standing Waves Excited by Plasma-Series-Resonance-Enhanced Harmonics in Capacitive Discharges」為題，於2019年5月7日在物理學國際頂級期刊——《Physical Review Letters》上發表。課題組博士生趙凱為該文第一作者，溫德奇博士（現為美國密西根州立大學博士後）為共同第一作者，王友年教授和劉永新教授為本文的共同通訊作者。 《Physical Review Letters》是美國物理學會(APS)的會刊和旗艦雜誌，主要發表物理和相關交叉學科的最新研究成果，是物理學領域頂級的國際學術期刊，最新的Science Citation Index影響因子為8.839。

該課題組利用自主研製的高頻磁探針，首次在實驗上觀測到低氣壓容性放電中由等離子體串聯共振引起的高次諧波所激發的非線性駐波效應，並結合非線性傳輸線模型揭示了非線性駐波激發的物理機制。研究結果表明，在氣壓較低條件下，鞘層的非線性振蕩會激發高次諧波，這些諧波在串聯共振頻率附近得到增強。在特定的放電條件下，這些非線性諧波將會引起徑向駐波，導致放電電壓及電流在極板中心處出現最大值，從而造成等離子體密度的「中心峰」分布。然而，隨著氣壓的升高，高次諧波激發逐漸受到抑制（圖1），並導致等離子體均勻性得到改善。

該研究成果首次在實驗上證實了甚高頻容性放電中激發的非線性高次諧波對等離子體不均勻性的重要貢獻，並從理論角度深刻揭示了高次諧波與等離子體之間的非線性相互作用，這些發現對於下一代基於450 mm晶圓的半導體工藝設備的設計及參數優化具有重要的指導意義。

該項工作得到國家自然科學基金重點項目（批准號：11335004）和優秀青年基金項目（批准號：11722541)的資助。

圖1 不同氣壓下的甚高頻100 MHz容性耦合Ar等離子體中，前五次諧波磁場的徑向分布。圖中符號代表實驗結果，線代表模擬結果。、

新聞來源：大連理工大學物理學院

作者：劉永新

編輯：趙奕之

校對：戴佳成

相關焦點

  • 物理學院在低溫等離子體飲用水淨化方向取得新進展
    物理學院在低溫等離子體飲用水淨化方向取得新進展 2020-08-26 17:05 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 大連理工大學在低溫等離子體飲用水淨化方向取得新進展
    近日，大連理工大學物理學院高壓放電等離子體研究團隊在低溫等離子體飲用水淨化方向取得新進展，該項研究提出了脈衝氣泡放電等離子體-吸附劑聯用技術，高效去除自然水體中微量天然有機物，並以「Ultra-high synergetic intensity for humic acid removal by coupling bubble discharge with activated carbon」為題
  • 合肥研究院在低溫等離子體水處理技術研究中取得進展
    低溫等離子體技術是一種高級氧化技術，可有效去除環境汙染物，利用該技術進行汙水處理成為當前研究熱點之一。
  • 等離子體所低溫等離子體製備納米材料及應用研究取得進展
    近日，中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所低溫等離子體應用研究室王奇博士的論文《低溫等離子體技術製備基於碳納米管和石墨烯的複合材料及其在燃料電池中的應用》（Low-temperature plasma synthesis of carbon nanotubes and graphene based materials and their fuel cell applications
  • 我校中科院基礎等離子體物理重點實驗室接受中科院組織的現場評估
    我校中科院基礎等離子體物理重點實驗室接受中科院組織的現場評估  7月10日，中國科學院基礎科學局組織的中科院重點實驗室評估專家組一行十二人對我校中國科學院基礎等離子體物理重點實驗室進行了現場評估
  • 低溫等離子體改性材料應用研究獲進展
    近日，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所李家星課題組基於對等離子體改性材料的研究，應用低溫等離子體方法成功設計合成了氨基功能化的鱗片石墨材料
  • 低溫等離子體及協同催化降解VOCs研究進展
    低溫等離子體及協同催化降解VOCs研究進展北極星VOCs在線訊:摘要：綜合分析了國內外近年來關於去除VOCs的相關技術研究進展，指出低溫等離子體處理VOCs技術是一項新興技術，有工藝簡單、適用範圍廣等特點，該技術協同催化能有效提高去除率、降低能耗、減少二次汙染，為VOCs
  • 國家同步輻射實驗室在碳氫化合物低溫氧化研究中取得突破性進展
    國家同步輻射實驗室在碳氫化合物低溫氧化研究中取得突破性進展  國家同步輻射實驗室齊飛教授研究小組與法國Nancy大學Battin-Leclerc教授研究小組合作
  • 低溫等離子體處理工業廢氣中甲苯的研究進展
    低溫等離子體處理工業廢氣中甲苯的研究進展北極星VOCs在線訊:摘要：甲苯作為揮發性有機化合物的代表，其治理技術已成為研究的熱點。介紹了低溫等離子體的概況及其處理甲苯的機理，重點概述了單獨低溫等離子體技術處理甲苯的放電形式、放電參數以及低溫等離子體協同催化技術處理甲苯的工藝、催化劑種類和放電模式，並對低溫等離子體技術處理工業廢氣中甲苯的發展方向進行了展望。低溫等離子體技術處理工業廢氣中甲苯的處理效率高，但選擇性較差，通過協同催化技術，可以進一步提高選擇性，具有很好的應用前景。
  • 中科大過氧化物研究取得突破性進展
    中科大過氧化物研究取得突破性進展     本報訊（通訊員楊寶國 記者王磊）記者從中國科學技術大學獲悉，該校國家同步輻射實驗室齊飛教授研究小組與法國南希大學Battin-Leclerc教授研究小組合作，將同步輻射真空紫外光電離質譜技術與射流攪拌反應器結合
  • 力學所等在非晶合金低溫比熱波色峰研究中取得進展
    力學所等在非晶合金低溫比熱波色峰研究中取得進展 2018-01-10 力學研究所 【字體：大 中 小】 近日，中國科學院力學研究所、德國明斯特大學與中科院物理研究所等合作研究並取得進展。　　研究以一系列非晶合金（金屬玻璃）及其對應的晶化產物為模型體系，開展了系統的低溫（1.9-100K）比熱測量。通過細緻分析低溫比熱的聲子和電子貢獻，精確分辨出各拓撲無序態非晶合金的波色峰位置和強度。研究發現，非晶合金的低溫比熱波色峰包含過剩的準局域聲子散射和背景的電子激活兩部分貢獻，但前者是主控的。
  • 我國ICF黑腔動理學效應研究取得重要進展
    日前，Physical Review Letters （IF=8.462）發表了中國工程物理研究院慣性約束聚變（ICF）團隊關於ICF黒腔動理學效應研究的最新科研進展。論文第一作者為單連強副研究員，通訊作者為蔡洪波研究員和谷渝秋研究員。    慣性約束聚變（ICF）點火的實現必將是人類科學技術史上璀璨的明珠。
  • 離人造太陽更近一步:德國核聚變研究取得突破性進展
    據國外知名航天科技媒體 Space 近期報導，德國仿星器核聚變反應堆研究取得突破進展第四能源此前對核聚變的研究已做了相關報導，認為核聚變能以其巨大能量、可持續再生、清潔無汙染等諸多優點，將成為人類的明日能源之星。近 40 年來，科學家們對核聚變的研究起初集中在託克馬克概念；然而，隨著等離子體理論的興起，科學家將研究興趣轉移到仿星器上來。仿星器是一個巨大的電磁空間。
  • 大連理工大學在自旋電子學領域取得突破性研究進展
    大連理工大學在自旋電子學領域取得突破性研究進展 作者：謝小芳 2019-12-01 01:18   來源：大連日報   大連理工大學在自旋電子學領域取得突破性研究進展有望從根本上突破傳統晶片發熱耗電等瓶頸　　11
  • 近期,鄭大在多個科研領域取得突破性進展
    在固態電解質熔融鋰金屬電池領域研究取得進展。鄭州大學第一附屬醫院在自然殺傷性T細胞淋巴瘤遺傳機制領域取得突破性進展鄭州大學第一附屬醫院張明智教授、李文才教授研究團隊在自然殺傷性T細胞淋巴瘤（NKTCL）遺傳機制領域研究中取得突破進展，揭示了NKTCL的發生新機制。
  • 等離子體物理研究所2002年招生
    中國科學院等離子體物理研究所成立於1978年9月，主要從事高溫等離子物理、受控熱核聚變技術及相關高技術的研究和開發，一直承擔著國家「863」計劃、國家計委、國家基金委和中國科學院的多項重大科研項目，並取得了許多科研成果。
  • 等離子體所放射性核素遷移轉化機理及汙染治理研究獲進展
    在國家自然科學基金傑出青年科學基金、中科院重大項目和「973」重大研究項目等多項課題的資助和中科院大科學裝置的技術支撐下，中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所低溫等離子體應用研究室王祥科研究員帶領的環境與放射化學研究團隊，在放射性核素遷移轉化機理和環境汙染治理研究方面取得新進展，相關成果發表在環境地球化學領域國際雜誌《地球和宇宙化學》（Geochimica et
  • 低溫等離子體 探索科學世界的「一扇窗」
    」黃青介紹，他們課題組用低溫等離子體對靈芝原生質體進行誘變，獲得大量誘變菌株，隨後利用此前構建的基於紅外光譜的靈芝多糖定量模型，對誘變菌株的靈芝多糖含量進行篩選，最終獲得靈芝多糖含量較高的誘變菌株，並得到酶學和電鏡結果的證實。　　誘變育種是指在人為的條件下，利用物理、化學等因素，誘發生物體產生突變，從中選擇、培育動植物和微生物的新品種。
  • 細胞子刊《iScience》發表大工綠色動力電池突破性成果
    細胞子刊《iScience》發表大工綠色動力電池突破性成果 2020-12-29 20:40 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 等離子體物理研究所舉行建所30周年慶祝大會
    9月21日，科學島上彩旗飄飄，各界領導、科技精英、外籍專家等嘉賓和等離子體所員工歡聚一堂，隆重舉行中科院等離子體所建所30周年慶祝大會。全國人大常委會副委員長、中國科學院院長路甬祥和中國科協黨組書記鄧楠分別為等離子體所30周年發來了「弘揚自主創新精神，發揚開放合作優勢」及「艱苦創業，再創輝煌」的題詞。