目前，低温等离子体技术已在微电子、材料、化工、机械及环保等众多学科领域中得到较广泛地应用，在低温等离子体技术应用已达到相当规模的今天，对其内部物理规律的研究显得非常重要，它将有助于工艺过程和参数的优化，改进产品质量以及开发新的工艺技术。因此，有必要对低温等离子体特性及其应用进行研究，开发新的应用和产品。 本论文对低温等离子体特性及其应用进行了研究，主要内容包括：阐述ECR等离子体工作原理，研究建立ECR等离子体系统粒子传输模型，探求粒子传输规律；通过使用Langmuir探针分析总结了ECR-PECVD装置等离子体参数的空间分布规律，获得对等离子体分布规律的认识；通过光栅光谱仪分析ECR等离子体发射光谱各基团的光谱特性；建立ECR等离子体系统中密度分布预测模型；利用等离子体辅助电子束反应蒸发低温生长TiN薄膜。通过这一系列的研究工作，取得了如下的主要研究成果： 1.等离子体系统内的粒子传输与分布在低温等离子体技术应用中占有很重要的地位，已经成为近十年来等离子体理论研究的重点方向之一。为了得到高质量薄膜材料的沉积方法和工艺，非常有必要进一步的研究系统中的微观粒子传输现象。 论文中运用Langevin方程和Forkker-Planck方程，建立了等离子体系统内粒子传输的理论模型，研究在ECR等离子体系统中，如何通过某些环境参数的变化使得沿一根直管表面传输的粒子产生净流动。在模型中，在非平衡热涨落、磁场作用、外场力等因素的综合作用和共同驱动下，可以得到一个带电粒子净几率流J，当这些因素彼此竞争彼此作用时，J可以随着某个参数的改变而发生方向改变。此外，还通过理论模型的计算，得到了J关于不同参数的相关函数。 通过这个理论模型的建立，我们认识到，在实际的ECR-PECVD系统中，有可能通过调节某些环境参数的值，使得J能够满足我们需要的方向和数值，从而可能帮助我们控制等离子体系统中活性粒子的传输和几率密度分布，进而帮助我们控制薄膜的反应和沉积质量或者材料表面的粒子的反应作用程度。这对于等离子体辅助薄膜沉积、等离子体表面改性、等离子体刻蚀等低温等离子体技术的实际应用有着一定的理论指导意义。 2.在等离子体辅助薄膜沉积等技术领域，等离子体中的高能量电子可以与气相分子碰撞促进其分解、化合、激发等过程，从而促进反应程度，并且显著降低薄膜沉积的温度，改善工艺条件和薄膜质量。而在这些过程中，等离子体密度的高低和分布有着很大的影响作用，有必要对其进行深入的研究。 论文使用Langmuir单静电探针测量分析ECR等离子体的空间分布规律。认为反应室等离子体空间分布存在受磁场梯度影响的不均匀上游区和均匀分布的下游区。在z＝30 cm、R=8 cm的下游区域内密度为～2.5×1010cm—3。从工作气压、微波功率—等离子体密度转换效率考虑。认为在等离子体沉积薄膜工艺中，不提倡高功率、高气压等离子体放电以提高薄膜沉积速率。微波功率选取范围为400W～650W，工作气压取～0.1Pa为最佳。这一范围的等离子体具有较高的密度及良好的径向均匀性。 接着本文采用光栅光谱仪分析了ECR等离子体发射光谱的谱线特征。发现ECR氮等离子体发射光谱中处于高激发态的氮分子(第二正线系：C3∏u→B3∏g)和氮分子离子(第一负线系：B2∑u+→X2∑g+)占主导地位。 对等离子体特性的实验研究能够很好地帮助我们改进等离子体技术工艺条件、提高工作效率和改善薄膜质量。 3.等离子体密度分布的测量工作虽然很重要，但需要花费较多的时间和精力。而且，由于等离子体密度分布具有较强的非线性，使得我们很难全面细致地掌握其分布规律。为了解决这个问题，有必要引入新的方法来改进对等离子体密度分布的研究过程。 论文中引入人工神经网络(ANN)的计算方法对等离子体密度分布进行了研究，详细分析了BP网络算法的基本原理和特性，运用改进的BP网络算法，建立了一个基于ANN的等离子体密度分布预测模型。该模型主要研究了在一个ECR等离子体系统中，如何运用ANN的方法来预测该系统中的等离子体密度分布。模型的预测结果与我们的实验测量结果有着较好的一致性。可以推断出5—12—1结构的ANN模型能够对ECR等离子体系统的等离子体分布进行较为准确的预测。 论文首次在等离子体密度分布的研究中引入ANN方法，并取得了较好的结果。这也说明，引入人工神经网络来研究等离子体分布特性是一种具有创新性的有效研究方法，能够节约时间和精力，并能预测出不同参数下的等离子体密度，对提高低温等离子体技术应用有一定的实际意义，也推动了等离子体科学和其他学科领域的交叉联系与应用。 4.论文将低温等离子体技术与薄膜沉积技术相结合，应用等离子体增强电子枪蒸发沉积的方法生长TiN薄膜。首先进行TiN薄膜生长热力学分析，发现在523K下，TiN薄膜生长的驱动力△P，对于不同的初始氮分压P0N，是一个关于初始Ti(g)/N(g)比率的函数。驱动力△P依赖于初始的Ti(g)/N(g)比率以及初始氮分压P0N，而P0N在我们的系统中由输入的氮气流量来间接控制。然后利用Langmuir探针诊断方法在实验中研究了实验装置反应室内等离子体的空间分布及射频功率、反应室内气体压强对反应室内等离子体密度的影响。接着采用等离子体增强电子枪蒸沉积法在低温下制备TiN薄膜，在等离子体的作用下，大幅降低了薄膜沉积温度；用FTIR、XRD、AFM对TiN薄膜材料进行表征，表明分别在Si(100)和玻璃衬底上得到了择优生长的TiN(111)薄膜；同时通过这些实验得到了现有的条件下合理的工艺条件和设备参数。 论文研究探索了制备TiN薄膜的新方法，将低温等离子体引入到电子枪蒸发沉积方法中，促进了低温等离子体技术的应用，并对低温条件下沉积TiN薄膜的研究起了促进作用。