1.Неравновесная низкотемпературная газоразрядная плазма: основные понятия, определения, свойства. Л1 (введение, §1.1), лекции, интернет. Вывод формулы Дебаевского радиуса экранирования в этом вопросе, см. §1.2.

Плазма - состояние вещества, характеризующееся высокой степенью ионизации и равенством концентраций положительных и отрицательных зарядов (квазинейтральностью). Газ в состоянии плазмы находится в следующих видах разряда:положительный столб тлеющего и дугового разряда; дуговой разряд низкого давления с накаленными электродами; отдельные области высокочастотного и сверхвысокочастотного 
разрядов.Плазма в общем случае состоит из электронов, ионов и нейтральных частиц - атомов и/или молекул (радикалов), находящихся как в основном, так и в возбужденных (вращательных, колебательных, электронных) состояниях. Низкотемпературная неравновесная газоразрядная плазма представляет собой слабоионизованный газ при давлениях 10^-1 – 10³ Па со степенью ионизации 10^-5 – 10^-3. Параметры плазмы – набор физико-химических величин, однозначно определяющих состояние плазменной системы. Внешние (задаваемые): Тип плазмообразующего газа, Давление газа и скорость его потока через зону плазмы, Мощность, вкладываемая в плазму (расходуемая на ее поддержание). Внутренние: Приведенная напряженность поля E/N, Энергетические распределения и средние энергии (температуры) частиц, Концентрации и потоки частиц. Существование стационарной ННГП возможно при выполнении четырех основных условий:1) Квазинейтральность(равенство суммарного положительного и отрицательного зарядов частиц плазмы в больших объемах и за большие промежутки времени) 2)Дебаевский радиус(L>>rd)(Дебаевский радиус определяет величину пространственного разделения зарядов в плазме, которая не приводит к нарушению квазинейтральности) 3) Дебаевская сфера(Nd>>1) 4) Коллективное поведение.

ВЫВОД РАДИУСА ДЕБАЯ: Для количественного определения масштабов расстояний, на которых возможно отклонение от квазинейтральности, рассмотрим простую модель. Предположим, что газ первоначально электрически нейтрален и что электроны и ионы распределены в пространстве равномерно. В начальный момент времени концентрации электронов и ионов равны: n_e n_n . Определим, какую работу необходимо совершить для перемещения всех электронов в направлении оси Y на расстояние d . Очевидно, что эта работа будет равна работе по созданию слоя положительного объемного заряда между плоскостями y0 и yd. Пусть y₀ - некоторое промежуточное смещение электронов, тогда напряженность электрического поля E, возникшая при появлении объемного заряда плотностью ρne , в общем виде определится уравнением Пуассона:

∇⋅E ρ/ ^ε_0, Предполагая, что до смещения электрическое поле отсутствовало, и E_y yявляется непрерывной функцией, в рамках рассматриваемой одномерной модели имеем:

y ≤ 0:dE_y/dy 0 ⇒E_y 0

0≤y≤y₀: dE_y/dy=ne/ ε₀⇒E_y y *( ne/ ε0)

yy₀ : dE_y/dy 0 ⇒Ey Ey y₀  y₀ *( ne/ ε0)

Рис. 1.2.1. Работа, необходимая для создания области положительного объемного заряда: а-начальное положение; б-промежуточное положение

В области плазмы справа от точки y₀ электрическое поле, действующее на каждую частицу, составляет E_y y₀ , при этом работа, необходимая для перемещения каждого дополнительного электрона на расстояние dy₀ , равна dW eE_y y₀ dy₀ . Полная работа по разведению зарядов на расстояние d определится выражением W=

В частности, если энергия, затрачиваемая на разделение зарядов, равна средней энергии теплового движения частиц (kT 2), то соответствующее смещение d λ_D называется дебаевским радиусом экранирования:

2.Место и роль плазменных процессов в технологии микроэлектроники.

Л1(§1.1 – мало!), лекции, интернет

Использование ННГП в практических целях сосредоточено, в основном, в секторе производства изделий электронной техники: Осаждение покрытий. Органика осаждается с помощью Плазменно-стимулированной полимеризации(плюсы: Высокая плотность сшивок, Контролируемая структура, Точное и равномерное распределение примесей). Неорганика осаждается с помощью плазменно-стимулированного осаждения. Модификация поверхности- изменение свойств тонкого поверхностного слоя(Изменение реакционной способности, Улучшение адгезии, Сшивка (упрочнение), Изменение физико-хим. свойств, Новые функцион. группы ). Очистка- удаление органических и неорганических загрязнений с поверхности (например удаляют: Фоторезист, Органические загрязнения, Комплексы металлов, Металлы, Естесвенные и искусственные окислы). Травление: 1)Ионное травление(Физ. распыление ионами благородных газов E_i = 100 – 1000 eV) Ионное травление подразделяется на Ионно-плазменное и Ионно-лучевое.

2) Реактивное ионное травление (Комбинация физ. распыления и химических реакций). Реактивное ионное травление делится на Реактивное плазменное и реактивное лучевое. 3) Плазмохимическое травление (Хим. реакции с образованием летучих продуктов) этот вид травления делится на плазменное и радикальное.

3. Активные частицы плазмы. Реакции под действием электронного удара, их типы и кинетические характеристики.Л1(§1.3 – типы механизмов и §1.4, вторая часть, – подробности про каждый механизм), лекции (классификация активных частиц).

Любые эффекты взаимодействия плазмы с обрабатываемой поверхностью формируются под действием потоков на эту поверхность активных частиц плазмы. Под активными частицами следует понимать любые частицы, не характерные для данного газа в нормальных условиях, но образующие и существующие непосредственно в условиях плазмы. (свободные атомы и радикалы в основном и возбужденном состояниях, колебательно- и электронно возбужденные молекулы, положительные и отрицательные ионы, электроны и кванты собственного УФ излучения плазмы. ). Активные частицы делятся на 2 типа:1)Химически активные частицы(Химически реагируют с обрабатываемой поверхностью с образованием летучих продуктов взаимодействия) (Молекулы, Атомы, радикалы, Ионы хим. активных частиц). 2) Энергетически активные частицы (Химически инертны по отношению к обрабатываемой поверхности, но являются носителями энергии >> kТ) (Возбужденные нейтральные частицы, Ионы, электроны, УФ кванты).

Основной механизм образования активных частиц в условиях ННГП – процессы под действием электронного удара (элементарные процессы). Процесс под действием электронного удара – это любой процесс приводящий к изменению энергетического или химического состояния сталкивающихся частиц. Соударения электронов с молекулами газа делятся на упругие и неупругие. При упругих соударениях происходит перераспределение кинетической энергии взаимодействующих частиц без изменения их внутренней энергии. Максимальная доля энергии, передаваемой при упругом соударении, пропорциональна отншению масс сталкивающихся частиц X=2*(m_e/M). где m_e - масса электрона; М - масса молекулы газа. Данное выражение строго справедливо если молекула газа неподвижна. Если энергией молекул газа пренебречь нельзя по сравнению с энергией электронов, то выражение для Х принимает вид: X=2*(m_e/M)*(1-(E_g/E)) где ε и ε_g - энергии электрона и «тяжелой» частицы, соответственно. При неупругих столкновениях столкновение электронов с атомами или молекулами сопровождается изменением внутренней энергии или химического состояния последних. Неупругие соударения могут быть первого рода и второго рода. При неупругих соударениях первого рода происходит передача энергии от электронов к атомам или молекулам газа. Неупругие соударения второго рода сопровождаются передачей энергии от возбуждённых атомов или молекул к электронам.