关于射频电源匹配器的产生低温等离子体的应用原理

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2024年6月20日发(作者：)

关于射频电源介绍与应用

射频电源是等离子体配套电源,它是由射频功率源,阻抗匹配器以及阻抗功

率计组成,是八十年末期在我国新兴的高科技领域,应用于射频溅射,PECVD 化学

气相沉积,反应离子刻蚀等设备中.

现代的射频电源有了长足发展，由八十年代的电子管电源一步步的发展成现在的

晶体管射频电源，功率由瓦、百瓦、千瓦、到兆瓦，频率有

2Mhz/13.56Mhz/27.12Mhz/40.68Mhz等，而应用也从以前的真空领域扩展到其他

领域，半导体、美容等。

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射频电源产生低温等离子体

射频电源产生等离子的原理，是在一个密闭的真空压力容器内，利用真空泵获得

一定的真空度，射频被馈入到真空室的两个极板之间。在两个极板之间产生一个

变电场。气体在电场上被电离，产生相对应的离子。带电离子被加速不断的碰撞

气体分子产生级联效应。就这样产生了辉光，从而产生了等离子体。

什么是等离子体

是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气

体状物质，它是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的

导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体物

理的发展为材料、能源、信息、环境空间，空间物理，地球物理等科学的进一步

发展提新的技术和工艺。

看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电

中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99%。现在人们已经掌握利用电场和磁场

产生来控制等离子体。例如焊工们用高温等离子体焊接金属。

等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。以上提到的是高温等离子体。现在

低温等离子体广泛运用于多种生产领域。例如：等离子电视，婴儿尿布表面防水

涂层，增加啤酒瓶阻隔性。更重要的是在电脑芯片中的蚀刻运用，让网络时代成

为现实。

高温等离子体只有在温度足够高时发生的。太阳和恒星不断地发出这种等离子体，

组成了宇宙的99%。低温等离子体是在常温下发生的等离子体（虽然电子的温度

很高）。低温等离子体体可以被用于氧化、变性等表面处理或者在有机物和无机

物上进行沉淀涂层处理。

射频电源的工作原理

射频收发核心电路射频即Radio Frequency，通常缩写为RF。表示可以辐射到空

间的电磁频率，频率范围从300KHz～30GHz之间。射频简称RF射频就是射频电

流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为

低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。

射频匹配器的工作原理

匹配器是根据用户负载的变化而调节自己的参数（电感与电容）达到阻抗匹配的目的，以减

少反射的目的！

射频电源区别于其他直流电源，偏压电源，中频电源的优势?

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? ??射频溅射是适用于各种金属和非金属材料的一种溅射沉积方法。由于直流溅射（含磁控

溅射）在溅射靶上加负电压，因而就只能溅射导体材料，溅射绝缘靶时，由于放电不能持续

而不能溅射绝缘物质。为了沉积介质薄膜，采用高频电源将使溅射过程摆脱靶材导电性的限

制。通常采用的射频频率为13.56MHz。 ? ? ? 当交流电源的频率低于50kHz时，气体放电

的情况与直流时候的相比没有根本的改变。当频率超过50kHz以后，放电过程开始出现变化：

1、在两极之间不断振荡运动的电子可从高频电场中获得足够的能量并使得气体分子电离，

而由电离过程产生的二次电子对于维持放电的重要性相对下降。2、高频电场可以经由其它

阻抗耦合进入沉淀室，而不必再要求电极一定要是导体。也可以认为，由于所用电源是射频

的，射频电流可以通过绝缘体两面间的电容而流动，从而能对绝缘体进行溅射。但用金属靶

时，与上述绝缘靶的情况不同，靶上没有自偏压作用的影响，只有靶处在负电位的半周期内

溅射才能发生。所以，在普通射频溅射装置中要在靶上串接一个电容，以隔断直流成分，这

样金属靶也能受到自偏压作用的影响。??

一 射频溅射的特点及优势

用交流电源代替直流电源就构成了交流溅射系统，由于常用的交流电源的频率在

射频段。如13.56MHz，所以称为射频溅射。

在直流射频装置中如果使用绝缘材料靶时，轰击靶面得正离子会在靶面上累积，

使其带正电，靶电位从而上升，使得电极间的电场逐渐变小，直至辉光放电熄灭

和溅射停止，所以直流溅射装置不能用来溅射沉积绝缘介质薄膜。为了溅射沉积

绝缘材料，人们将直流电源换成交流电源。由于交流电源的正负性发生周期交替，

当溅射靶处于正半周时，电子流向靶面，中和其表面积累的正电荷，并且积累电

子，使其表面呈现负偏压，导致在射频电压的负半周期时吸引正离子轰击靶材，

从而实现溅射。由于离子比电子质量大，迁移率小，不像电子那样很快地向靶表

面集中，所以靶表面的点位上升缓慢，由于在靶上会形成负偏压，所以射频溅射

装置也可以溅射导体靶。

在射频溅射装置中，等离子体中的电子容易在射频场中吸收能量并在电场内振荡，

因此，电子与工作气体分子碰撞并使之电离产生离子的概率变大，故使得击穿电

压、放电电压及工作气压显着降低。

溅射特点：

1、可在低气压下进行，溅射速率高。

2、不仅可溅射金属靶，也可溅射绝缘靶，可以把导体，半导体，绝缘体中的任

意材料薄膜化。

3、必须十分注意接地问题。

近年来，射频溅射在研制大规模集电路绝缘膜、压电声光功能膜、化合物半导体

膜及高温超导膜等方面有重要应用

。

二 射频应用PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) -- 等离子体增

强化学气相沉积法

PECVD：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离

子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄

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