Conception, characterization, and applications of microwave plasmas in matrix configuration
Conception, caractérisation et applications des plasmas micro-onde en configuration matricielle
Résumé
The objective of this new kind of plasma is to produce a sheet of high density, uniform plasma in the 100 Pa pressure range. The planar reactor comprises 4 × 3 microwave plasma sources distributed according to a square lattice matrix configuration. Argon plasmas can be sustained in the medium pressure range from 7.5 to 750 Pa. The sheet of plasma thus obtained becomes uniform at a distance from the source plane of 15-20 mm. Results show that the plasma can reach densities between 10^12 and 10^13 cm^-3 with a uniformity better than ± 3.5 % at 20 mm from the source plane. The decrease in the electron temperature observed when increasing the microwave power can be justified by the apparition of a two-step ionization mechanism via argon metastable atoms. Analytical and numerical one dimension modelling was presented. Finally, films of SiOCH and SiNCH were deposited by PACVD, the deposition rates obtained exceed the µm/min and the films are uniform.
L'objectif de cette étude est de produire des nappes de plasma uniformes et de fortes densités dans la gamme de pression de 100 Pa. Le réacteur est constitué de 4 × 3 sources plasma micro-onde distribuées selon une configuration matricielle carrée. Dans l'argon, le plasma peut être maintenu entre 7,5 et 750 Pa. La nappe de plasma obtenue devient uniforme à partir de 15-20 mm du plan de source. Les densités obtenues sont comprises entre 10^12 et 10^13 cm^-3 avec une uniformité de ± 3,5 % à 20 mm du plan de source. La décroissance de la température électronique observée lors d'une augmentation de la puissance micro-onde est justifiée par l'apparition d'un mécanisme d'ionisation par étapes via les atomes métastables. Une modélisation analytique puis numérique du plasma d'argon à une dimension a été effectuée. Finalement, des couches de SiOCH et de SiNCH ont été déposées par PACVD, les vitesses de dépôt obtenues dépassent le µm/min et les dépôts sont uniformes.