應用案例|等離子體輔助化學氣相沉積技術的過程監控

PECVD（等離子增強化學氣相沉積或等離子體輔助化學氣相沉積），是一種利用等離子體在較低溫度下進行沉積的一種薄膜生長技術。反應氣體在等離子體作用下被電離，產生離子、電子和激發態分子等活性粒子。這些活性粒子在電場的作用下遷移到基底表面，與基底表面的原子或分子發生化學反應，形成薄膜材料。

由于制備薄膜是通過反應氣體放電來實現，因此分析等離子體向外輻射的光譜可用于反推等離子體中存在的成分，并通過監測關鍵氣體和元素的成分變化，反演沉積過程，進而實現對反應過程的監控和控制。

一、實驗搭建

(1)樣品室：等離子體腔室，可將待測氣體引入等離子體腔室，通過向腔室內引入各種氣體或顆粒來改變等離子體溫度、顆粒密度等參數，實現對等離子體的監控。

(2)余弦校正器：等離子體腔室獲取的數據中，由于強度的差異以及測量面不均勻的情況，可選擇余弦校正器或準直器來避免。

(3)抗紫外光纖：具備抗老化、耐高溫等性能，以避免光纖在等離子體環境中受損。

(4)檢測設備：紫外可見高性能光纖光譜儀，對于等離子體中的特定元素或分子，能夠覆蓋其發射或吸收光譜的波長范圍。

光纖光譜儀測氣室中等離子體的系統簡圖

等離子體腔室為不銹鋼材料，有一個透明的玻璃視窗，調節流量計注入工作氣體氬氣，高壓直流電源接到腔室電極板上，產生輝光等離子體。

將不同輔氣氣體導入氬等離子體反應室后，改變等離子體的性質，觀察氬等離子體反應室加入輔氣前后發射譜線的變化，加入輔氣前氬等離子體的發射譜圖如下圖所示。通過觀察光譜的變化情況，判斷腔內加入的輔氣是否適量，從而獲得理想的等離子體特性。

氬等離子體的(a)全譜10~4500nm (b)紫外光譜10~400nm

二、PECVD的應用

芯片制造行業。PECVD技術被廣泛應用在多個階段，主要用于薄膜材料的沉積。主要有介電層沉積，低k介質材料淀積，硅基光電子器件的生產等。

太陽能電池和光伏領域。PECVD的多功能性使其能夠均勻地應用于太陽能電池板或光學玻璃等相對較寬的表面區域，在這些區域，光學膜層的折射質量可以通過改變等離子體來非常精細地調整，以實現程度的過程控制。

光學薄膜制備。PECVD技術可制備多種光學薄膜，如增透膜、反射膜等，用于光學儀器、眼鏡鏡片、光度計等產品的制造。

生物醫學材料。PECVD技術可用于制備生物相容性薄膜、生物活性薄膜和藥物控釋薄膜等，這些薄膜在生物醫學器械、組織工程和藥物輸送等方面具有廣泛應用。例如，人工關節、血管支架、細胞培養基質等都可能采用PECVD技術制備的薄膜材料。

三、產品推薦

鑒知技術 SR100Q 是一款專門針對弱信號檢測的科研級性能的光纖光譜儀，內部采用科研級制冷型面陣CCD芯片，量子效率高達92%，紫外波段仍有很高的響應，可有效提升弱信號的靈敏度和信噪比，并配合先進的高分辨率光路設計，性能穩定可靠，是弱信號探測的理想選擇。

四、產品優勢

1.       高靈敏度：能夠檢測到極低濃度的元素。

2.       高分辨率：能夠區分相近波長的光譜線。

3.       多元素同時分析：能夠同時測定多種元素。

4.       實時監控：能夠實時監測等離子體的變化。