应用案例|等离子体辅助化学气相沉积技术的过程监控

应用案例|等离子体辅助化学气相沉积技术的过程监控

PECVD（等离子增强化学气相沉积或等离子体辅助化学气相沉积），是一种利用等离子体在较低温度下进行沉积的一种薄膜生长技术。反应气体在等离子体作用下被电离，产生离子、电子和激发态分子等活性粒子。这些活性粒子在电场的作用下迁移到基底表面，与基底表面的原子或分子发生化学反应，形成薄膜材料。

由于制备薄膜是通过反应气体放电来实现，因此分析等离子体向外辐射的光谱可用于反推等离子体中存在的成分，并通过监测关键气体和元素的成分变化，反演沉积过程，进而实现对反应过程的监控和控制。

一、实验搭建

(1)样品室：等离子体腔室，可将待测气体引入等离子体腔室，通过向腔室内引入各种气体或颗粒来改变等离子体温度、颗粒密度等参数，实现对等离子体的监控。

(2)余弦校正器：等离子体腔室获取的数据中，由于强度的差异以及测量面不均匀的情况，可选择余弦校正器或准直器来避免。

(3)抗紫外光纤：具备抗老化、耐高温等性能，以避免光纤在等离子体环境中受损。

(4)检测设备：紫外可见高性能光纤光谱仪，对于等离子体中的特定元素或分子，能够覆盖其发射或吸收光谱的波长范围。

光纤光谱仪测气室中等离子体的系统简图

等离子体腔室为不锈钢材料，有一个透明的玻璃视窗，调节流量计注入工作气体氩气，高压直流电源接到腔室电极板上，产生辉光等离子体。

将不同辅气气体导入氩等离子体反应室后，改变等离子体的性质，观察氩等离子体反应室加入辅气前后发射谱线的变化，加入辅气前氩等离子体的发射谱图如下图所示。通过观察光谱的变化情况，判断腔内加入的辅气是否适量，从而获得理想的等离子体特性。

氩等离子体的(a)全谱10~4500nm (b)紫外光谱10~400nm

二、PECVD的应用

芯片制造行业。PECVD技术被广泛应用在多个阶段，主要用于薄膜材料的沉积。主要有介电层沉积，低k介质材料淀积，硅基光电子器件的生产等。

太阳能电池和光伏领域。PECVD的多功能性使其能够均匀地应用于太阳能电池板或光学玻璃等相对较宽的表面区域，在这些区域，光学膜层的折射质量可以通过改变等离子体来非常精细地调整，以实现极高程度的过程控制。

光学薄膜制备。PECVD技术可制备多种光学薄膜，如增透膜、反射膜等，用于光学仪器、眼镜镜片、光度计等产品的制造。

生物医学材料。PECVD技术可用于制备生物相容性薄膜、生物活性薄膜和药物控释薄膜等，这些薄膜在生物医学器械、组织工程和药物输送等方面具有广泛应用。例如，人工关节、血管支架、细胞培养基质等都可能采用PECVD技术制备的薄膜材料。

三、产品推荐

鉴知技术 SR100Q 是一款专门针对弱信号检测的科研级性能的光纤光谱仪，内部采用科研级制冷型面阵CCD芯片，量子效率高达92%，紫外波段仍有很高的响应，可有效提升弱信号的灵敏度和信噪比，并配合先进的高分辨率光路设计，性能稳定可靠，是弱信号探测的理想选择。

四、产品优势

1. 高灵敏度：能够检测到极低浓度的元素。

2. 高分辨率：能够区分相近波长的光谱线。

3. 多元素同时分析：能够同时测定多种元素。

4. 实时监控：能够实时监测等离子体的变化。