多功能宽密度等离子体改性系统 2

多功能宽密度等离子体改性系统

多功能宽密度等离子体系统

多功能宽密度等离子体系统(Multifunctional Wide-density Plasma System: MWPS2000)由元热(苏州)能源科技有限公司自主研发,是一套集电感耦合(ICP)与电容耦合(CCEP)辉光放电优势于一体的小型化科研级真空等离子体处理平台。系统在 10⁸–10¹³ cm⁻³ 的宽密度范围内实现稳定放电,既能以极低密度等离子体对原子级薄层进行无损表面改性,也能切到高密度模式完成强效刻蚀与薄膜沉积辅助,适用于新型二维材料、光伏、半导体工艺及功能涂层研究。

核心性能与配置

  • 等离子体密度连续可调:CCEP 模式 10⁸–10⁹ cm⁻³(电场平行于衬底,离子轰击弱,适合二维材料减薄/掺杂/清洗);过渡区 10¹⁰–10¹¹ cm⁻³;ICP 模式 10¹²–10¹³ cm⁻³(高密度强处理)

  • 放电架构:平面盘香型电感天线(Ø410 mm × 20 mm)+  中频电源(2 MHz,可选配 0.5 MHz 低频电源)+ 匹配/调谐网络(20–56 nF / 1–10 nF)

  • 真空系统:分子泵+机械泵机组,高真空可达 ≤5×10⁻⁴ Pa,配高真空插板阀、复合真空计

  • 样品台:电动旋转 + 升降 + 加热(最高 600 ℃

  • 腔室扩展:主腔含宽密度等离子体源接口,可选配 2 个磁控靶位,支持单独磁控溅射或等离子体辅助共溅

  • 安全监控:缺水/欠压、相序、温度、真空度多级检测与联锁保护

  • 操作体验:人机交互界面,工艺配方化,小型可移动,重复性好

系统组成

多功能宽密度等离子体改性系统 4
平板式替换图片 1
AE Dressler Cesar 中频电源
Advanced Energy PDX 低频电源
射频

真空操作系统

平板式电感天线

中频电源

低频电源

射频匹配网络

放电图片

ICP
2
介于ICP和CCEP1
CCEP

ICP放电模式
ne~1012-1013 cm-3

介于ICP与CCEP之间
ne~1011

介于CCEP与ICP之间
ne~1010

CCEP
ne~108-109 cm-3

氢气
氩气
六氟化硫

氢气

氩气

六氟化硫

技术特色

  • 宽密度跨模式:同一台设备覆盖从”几乎不轰击”到”强离子刻蚀”的全区间,解决超薄二维材料改性怕损伤、块材/硬膜刻蚀要效率的矛盾

  • CCEP 平行电场设计:正离子运动受限于衬底平行方向,避免垂直轰击,对 MoS₂、石墨烯、hBN 等原子级片层实现层状减薄、带隙调控、表面清洗而不破膜

  • 科研-小试通用:进样室+传递机构+可加热旋转台,兼顾单片表征样与批量小试;磁控接口预留,便于拓展 PVD 联合工艺

  • 已发表验证:相关工艺被 Nature Communications、ACS Nano、J. Mater. Sci. Technol.、MSE R-Reports 等一区论文采用(等离子体插层超晶格、WO₃₋ₓ 半金属修饰、MoS₂ 逐层刻蚀、晶硅电池织构等)

典型应用

  • 二维材料:层数控制、等离子体插层超晶格、表面掺杂、带隙调控、无损清洗

  • 微电子/半导体:SiO₂/Si₃N₄ 刻蚀、接触界面改性、图案化前处理

  • 能源材料:高效晶硅太阳能电池织构、非晶/微晶硅、氮化硅钝化层处理

  • 薄膜与涂层:磁控溅射辅助沉积、纳米形貌构造、表面润湿/粘接活化

  • 交叉学科:化学纳米生长、磁性/金属材料表面处理、催化载体改性

应用实例

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等离子体插层构造二维超晶格 (Nature Communication 2020, 11, 5960)
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等离子体改性将三氧化钨变成半金属亚氧化钨提升基于等离子激元效应的光电探测器性能 (Journal of Materials Science & Technology 2024, 193, 217-225 )
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等离子体刻蚀提升晶体管电极接触性能 (Journal of Materials Science & Technology 2021, 69, 15-19)
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先进等离子体制备高效晶硅太阳能电池 (Materials Science and Engineering R-Reports 2014, 78, 1-29 )
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等离子体逐层刻蚀过渡金属硫族化合物 (ACS Nano 2013, 7, 4202-4209 )

相关文献