【摘 要】
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在合成薄膜及刻蚀、等离子体材料表面改性等工艺中，材料表面形成的等离子体鞘层的物理特性以及悬浮在鞘层中的尘埃颗粒的分布规律直接影响被加工材料的性能。鞘层中带电粒子的密度分布、能量分布、尘埃颗粒的密度以及鞘层的电场和磁场分布等都会影响等离子体与被加工材料的相互作用。所以对等离子体鞘层和鞘层中尘埃颗粒的研究具有重要价值和意义。
在电容耦合射频放电等离子体实验中我们观察到，尘埃分布在驱动电极之上，即等离子体鞘层中。等离子体鞘层是等离子体与器壁之间的非电中性区域，鞘层的形成是因为等离子体中电子的迁移速率比
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在合成薄膜及刻蚀、等离子体材料表面改性等工艺中，材料表面形成的等离子体鞘层的物理特性以及悬浮在鞘层中的尘埃颗粒的分布规律直接影响被加工材料的性能。鞘层中带电粒子的密度分布、能量分布、尘埃颗粒的密度以及鞘层的电场和磁场分布等都会影响等离子体与被加工材料的相互作用。所以对等离子体鞘层和鞘层中尘埃颗粒的研究具有重要价值和意义。
在电容耦合射频放电等离子体实验中我们观察到，尘埃分布在驱动电极之上，即等离子体鞘层中。等离子体鞘层是等离子体与器壁之间的非电中性区域，鞘层的形成是因为等离子体中电子的迁移速率比离子更快，器壁积累大量电子，造成原本呈宏观电中性的等离子体相对器壁显正电性。鞘层中的尘埃颗粒的产生分为两个阶段:(1)由反应气体逐渐生成尘埃颗粒的阶段，期间尘埃颗粒的数量变小且尺寸变大;(2)尘埃颗粒尺寸和数量不再变化，尘埃颗粒在鞘层中某平衡位置来回震动的相对稳定阶段。本文主要研究在相对稳定阶段中尘埃颗粒在鞘层中的分布规律。
在射频放电等离子体环境下，我们发现尘埃颗粒的分布形状与功率电极上的凹槽形状近似。并且其分布的范围大小和与功率电极的距离均依赖于放电功率的变化。结果表明:放电功率的变化显著的改变了鞘层的电场分布，等离子体中的离子密度，尘埃颗粒表面势，尘埃颗粒的受力发生了明显的改变，这使得尘埃颗粒在鞘层中的分布特性发生了明显的变化。
通过建立尘埃分布的三维分布模型，可以直观地观察到尘埃分布随放电功率的变化。鞘层理论模型描述了鞘层电势的分布，而根据OML理论，处于不同高度、不同大小的尘埃颗粒在鞘层中的带电量可被求出。结合离子拖拉力对尘埃颗粒的作用，我们得以研究尘埃颗粒在不同高度的受力情况。理论模型得出的结论很好地解释鞘层中尘埃颗粒的分布规律。结果表明，增大放电功率，离子拖拉力对颗粒在鞘层的垂直方向上的运动起主要作用。
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