等离子体放电与材料工艺原理(第二版)_PDF下载[142MB-百度云]Michael

本书特色

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本书反映了等离子体物理相关领域*的研究进展，深入阐述了等离子体物理和化学的基本原理。书中应用基本理论来分析各种常见等离子体源的放电状态，包括计算等离子体参数及分析等离子体参数与控制参数的相关关系。本书还讨论了半导体材料的刻蚀，薄膜沉积，离子注入等低温等离子体在材料处理方面的应用，具有实际参考价值。全书共18章，内容包括等离子体的基础知识、等离子体放电过程中的粒子平衡和能量平衡、容性和感性放电、波加热的气体放电、直流放电、刻蚀、沉积与注入、尘埃等离子体，以及气体放电的动理论等。

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内容简介

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近20年来，本书一直是加利福尼亚大学的授课教材。这本经典教材广泛、深入地描述了关于等离子体的基本概念和基本原理，阐述了各种放电条件下的低气压、低温等离子体中的主要物理和化学过程，分析了各种源的放电状态。本书还详细讨论了低温等离子体在半导体材料的刻蚀、薄膜沉积、离子注入等材料处理工艺方面的应用，介绍了不同应用中计算各种放电参数的方法，分析了这些参数与工艺效果之间的关系。

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作者简介

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Michael Lieberman教授分别于1962年和1966年从麻省理工学院获得学士和博士学位。1966年起执教于加州大学伯克利分校电机系，从事等离子体方面的教学和科研。1971年获得伯克利分校的杰出教学奖。Lieberman教授是APS，AAAS，IEEE，AVS和IOP会士，并曾于1999年获得IEEE plasma science and application奖，于2005年获得von Engel奖，于2006年获得APS的Will ALLIS奖。他是国际上公认的低温等离子体领域权威之一，与Alan Lichtenberg合著的本书也成为低温等离子体领域最广泛使用的教材和科研用书。Allan Lichtenberg教授于1952年从哈佛大学获得学士学位，1957年从麻省理工学院获得硕士学位，1961年从牛津大学获得博士学位。1957年起执教于加州大学伯克利分校电机系。Lichtenberg教授是国际著名的高温等离子体、等离子体放电和非线性动力学领域的先驱，在相关领域发表了约150篇文章并撰写多本著作，其中包括Phase-Space Dynamics of Particles，该书已有俄文译本。Michael Lieberman教授分别于1962年和1966年从麻省理工学院获得学士和博士学位。1966年起执教于加州大学伯克利分校电机系，从事等离子体方面的教学和科研。1971年获得伯克利分校的杰出教学奖。Lieberman教授是APS，AAAS，IEEE，AVS和IOP会士，并曾于1999年获得IEEE plasma science and application奖，于2005年获得von Engel奖，于2006年获得APS的Will ALLIS奖。他是国际上公认的低温等离子体领域权威之一，与Alan Lichtenberg合著的本书也成为低温等离子体领域最广泛使用的教材和科研用书。Allan Lichtenberg教授于1952年从哈佛大学获得学士学位，1957年从麻省理工学院获得硕士学位，1961年从牛津大学获得博士学位。1957年起执教于加州大学伯克利分校电机系。Lichtenberg教授是国际著名的高温等离子体、等离子体放电和非线性动力学领域的先驱，在相关领域发表了约150篇文章并撰写多本著作，其中包括Phase-Space Dynamics of Particles，该书已有俄文译本。
Michael Lieberman教授分别于1962年和1966年从麻省理工学院获得学士和博士学位。1966年起执教于加州大学伯克利分校电机系，从事等离子体方面的教学和科研。1971年获得伯克利分校的杰出教学奖。Lieberman教授是APS，AAAS，IEEE，AVS和IOP会士，并曾于1999年获得IEEE plasma science and application奖，于2005年获得von Engel奖，于2006年获得APS的Will ALLIS奖。他是国际上公认的低温等离子体领域权威之一，与Alan Lichtenberg合著的本书也成为低温等离子体领域最广泛使用的教材和科研用书。Allan Lichtenberg教授于1952年从哈佛大学获得学士学位，1957年从麻省理工学院获得硕士学位，1961年从牛津大学获得博士学位。1957年起执教于加州大学伯克利分校电机系。Lichtenberg教授是国际著名的高温等离子体、等离子体放电和非线性动力学领域的先驱，在相关领域发表了约150篇文章并撰写多本著作，其中包括Phase-Space Dynamics of Particles，该书已有俄文译本。

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第1章概述1.1材料处理1.2等离子体和鞘层1.2.1等离子体1.2.2鞘层1.3放电1.3.1射频二极放电系统1.3.2高密度等离子体源1.4符号和单位第2章等离子体的基本方程和平衡态性质2.1引言2.2场方程、电流和电压2.2.1麦克斯韦方程组2.3守恒方程2.3.1玻尔兹曼方程2.3.2宏观量2.3.3粒子数守恒方程2.3.4动量守恒方程2.3.5能量守恒方程2.3.6小结2.4平衡态性质2.4.1玻尔兹曼关系式2.4.2德拜长度2.4.3准电中性2.5习题第3章原子碰撞3.1基本概念3.1.1弹性和非弹性碰撞3.1.2碰撞参数3.1.3微分散射截面3.2碰撞动力学3.2.1质心坐标系3.2.2能量转移3.2.3小角度散射3.3弹性散射3.3.1库仑碰撞3.3.2极化散射3.4非弹性碰撞3.4.1原子能级3.4.2电偶极辐射和亚稳态原子3.4.3电子碰撞电离截面3.4.4电子碰撞激发截面3.4.5离子-原子电荷转移3.4.6离子-原子碰撞电离3.5分布函数下的平均值和表面效应3.5.1麦克斯韦分布下的平均值3.5.2每产生一个电子-离子对所造成的能量损失3.5.3表面效应3.6习题第4章等离子体动力学4.1基本运动4.1.1在均匀稳定场中的运动4.1.2E×B漂移4.1.3能量守恒4.2非磁化等离子体动力学4.2.1等离子体振荡4.2.2介电常数和电导率4.2.3欧姆加热4.2.4电磁波4.2.5静电波4.3导向中心运动4.3.1平行力4.3.2磁矩的绝热不变性4.3.3沿磁力线运动产生的漂移（曲率漂移）4.3.4由回旋运动产生的漂移（梯度漂移）4.3.5极化漂移4.4磁化等离子体动力学4.4.1介电张量4.4.2波的色散关系4.5磁化等离子体中的波4.5.1基本电子波4.5.2包含离子运动的基本波4.5.3CMA图4.6波诊断4.6.1干涉仪4.6.2谐振腔微扰法4.6.3波传播法4.7习题第5章扩散和输运5.1基本关系式5.1.1扩散和迁移率5.1.2自由扩散5.1.3双极性扩散5.2扩散方程的解5.2.1边界条件5.2.2随时间变化的解5.2.3稳态平行板解5.2.4稳态圆柱形解5.3低气压解5.3.1变迁移率模型5.3.2朗缪尔解5.3.3经验归纳解5.4在磁场中的扩散过程5.4.1双极性扩散5.5磁多极约束5.5.1磁场结构分析5.5.2等离子体约束5.5.3泄漏宽度w5.6习题第6章直流鞘层6.1基本概念和方程6.1.1无碰撞鞘层6.2玻姆鞘层判据6.2.1对等离子体的要求6.2.2预鞘层6.2.3悬浮器壁的鞘层电位6.2.4碰撞鞘层6.2.5模拟结果6.3高电压鞘层6.3.1板形鞘层（Matrix Sheath）6.3.2满足蔡尔德定律的鞘层6.4鞘层形成的广义判据6.4.1电负性气体6.4.2具有多种正离子的等离子体6.5高电压碰撞鞘层6.6静电探针诊断6.6.1无碰撞鞘层中的平面探针6.6.2具有非麦克斯韦分布电子时的情况6.6.3无碰撞鞘层中的圆柱形探针6.6.4双探针和发射探针6.6.5碰撞和直流磁场效应6.6.6探针制作和探针电路6.6.7随时间变化电场中的探针6.7习题第7章化学反应和平衡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化学平衡7.4.1气压和温度的影响7.5异相平衡7.5.1不同相之间的平衡7.5.2在表面上的平衡7.6习题第8章分子碰撞8.1引言8.2分子结构8.2.1分子的振动和转动能级8.2.2光学辐射8.2.3负离子8.3电子-分子碰撞反应8.3.1分解8.3.2分解电离8.3.3分解复合8.3.4氢分子的例子8.3.5分解电子吸附8.3.6极化分解8.3.7亚稳态负离子8.3.8电子碰撞解离8.3.9振动和转动激发8.3.10弹性散射8.4重粒子之间的碰撞8.4.1共振电荷转移和非共振电荷转移8.4.2正负离子复合8.4.3复合解离8.4.4激发转移8.4.5化学键重排8.4.6离子-中性粒子弹性散射8.4.7三体过程8.5反应速率和细致平衡8.5.1温度的影响8.5.2细致平衡原理8.5.3氧的一组数据8.6发射光谱法和光学借标测定8.6.1发射光谱法8.6.2光学借标测定8.6.3氧原子的光学借标测定8.7习题第9章化学动力学与表面过程9.1基元反应9.1.1平衡常数之间的关系9.2气相动力学9.2.1一级连串反应9.2.2可逆反应9.2.3有光子发射的双分子化合反应9.2.4三体化合反应9.2.5三体正负离子复合反应9.2.6三体电子-离子复合反应9.3表面过程9.3.1正离子中和反应和二次电子发射9.3.2吸附和解吸附9.3.3裂解9.3.4溅射过程9.4表面动力学9.4.1中性粒子的扩散9.4.2扩散损失率9.4.3吸附和解吸附9.4.4分解吸附和复合解吸附9.4.5物理吸附9.4.6与表面的反应9.4.7在表面上的反应9.4.8表面动力学和损失概率9.5习题第10章放电过程中的粒子平衡和能量平衡10.1引言10.2电正性等离子体平衡态分析10.2.1基本性质10.2.2均匀密度的放电模型10.2.3非均匀放电模型10.2.4中性自由基的产生和损失10.3电负性等离子体平衡态分析10.3.1微分方程10.3.2负离子的玻尔兹曼平衡10.3.3守恒方程10.3.4简化方程的有效性10.4电负性等离子体的近似平衡分析10.4.1整体模型10.4.2低气压下的抛物线分布近似10.4.3高气压下的平顶模型10.5电负性等离子体放电实验和数值模拟10.5.1氧气放电10.5.2氯气放电10.6脉冲放电10.6.1电正性气体的脉冲放电10.6.2电负性气体的脉冲放电10.6.3中性基团动力学过程10.7习题第11章容性放电11.1均匀放电模型11.1.1主等离子体区导纳11.1.2鞘层导纳11.1.3粒子平衡与能量平衡11.1.4放电参数11.2非均匀放电模型11.2.1无碰撞鞘层动力学11.2.2蔡尔德定律11.2.3鞘层电容11.2.4欧姆加热11.2.5随机加热11.2.6自洽模型方程11.2.7标度关系11.2.8碰撞鞘层11.2.9低电压和中等电压鞘层情况11.2.10鞘层中的欧姆加热11.2.11自洽的无碰撞加热模型11.2.12双频和高频放电11.2.13电负性等离子体11.3实验与数值模拟11.3.1实验结果11.3.2PIC数值模拟11.3.3二次电子的作用11.3.4模型的意义11.4非对称放电11.4.1电容分压器模型11.4.2球壳模型11.5低频时的射频鞘层11.6电极处的离子轰击能量11.7磁增强的气体放电11.8匹配网络和功率测量11.8.1匹配网络11.8.2功率测量11.9习题第12章感性放电12.1高密度、低气压等离子体12.1.1感性等离子体源的结构12.1.2功率吸收与工作参数状态12.1.3放电工作状态与耦合12.1.4匹配网络12.2其他工作状态12.2.1低密度下的工作状态12.2.2容性耦合12.2.3滞回现象和不稳定性12.2.4功率转移效率12.2.5精确解12.3盘香形线圈等离子体源12.4螺旋共振器放电12.5习题第13章波加热的气体放电13.1电子回旋共振等离子体13.1.1特性和结构13.1.2电子加热13.1.3波的共振吸收13.1.4模型和数值模拟13.1.5等离子体膨胀13.1.6测量13.2螺旋波放电13.2.1螺旋波模式13.2.2天线耦合13.2.3螺旋波吸收模式13.2.4中性气体贫化13.3表面波放电13.3.1平面型表面波13.3.2圆柱形表面波13.3.3功率平衡13.4习题第14章直流放电14.1辉光放电的定性描述14.1.1正柱区14.1.2阴极鞘层14.1.3负辉光区和法拉第暗区14.1.4阳极位降14.1.5其他的放电特征14.1.6溅射和其他放电构形14.2正柱区分析14.2.1电子温度Te的计算14.2.2E和n0的计算14.2.3动理学效应14.3阴极鞘层分析14.3.1真空击穿14.3.2阴极鞘层14.3.3负辉区和法拉第暗区14.4中空阴极管放电14.4.1简单放电模型14.4.2在中空阴极管放电中的金属气化产物14.5平面磁控放电14.5.1辉光放电溅射源的缺陷14.5.2磁控放电结构14.5.3放电模型14.6电离物理气相沉积14.7习题第15章刻蚀15.1刻蚀的工艺指标和工艺过程15.1.1等离子体刻蚀的工艺指标15.1.2刻蚀工艺过程15.2刻蚀反应动力学15.2.1表面动力学过程15.2.2放电动力学和负载效应15.2.3化学反应框架15.3用卤素原子刻蚀硅15.3.1氟原子产生的纯化学刻蚀15.3.2离子能量驱动的氟原子刻蚀15.3.3CF4放电15.3.4在原料气体中添加O2和H215.3.5氯原子刻蚀15.4其他刻蚀系统15.4.1用F和CFx刻蚀二氧化硅15.4.2Si3N4的刻蚀15.4.3铝的刻蚀15.4.4铜的刻蚀15.4.5光刻胶的刻蚀15.5基片上的电荷积累15.5.1门氧化层的损坏15.5.2接地的基片15.5.3不均匀的等离子体15.5.4刻蚀中的瞬时损伤15.5.5电子阴影效应15.5.6射频偏压15.5.7刻蚀轮廓的畸变15.6习题第16章沉积与注入16.1引言16.2等离子体增强化学气相沉积16.2.1非晶硅的沉积16.2.2二氧化硅的沉积16.2.3氮化硅的沉积16.3溅射沉积16.3.1物理溅射沉积16.3.2反应溅射沉积16.4等离子体浸没离子注入(PIII)16.4.1无碰撞鞘层模型16.4.2碰撞鞘层模型16.4.3PIII方法在材料工艺中的应用16.5习题第17章尘埃等离子体17.1物理现象的定性描述17.2颗粒充电和放电平衡17.2.1平衡电位和电荷17.2.2放电平衡17.3颗粒平衡17.4尘埃颗粒的形成和生长17.5物理现象及其诊断17.5.1强耦合等离子体17.5.2尘埃声波