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
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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)
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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)
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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
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样品台:电动旋转 + 升降 + 加热(最高 600 ℃)
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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
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安全监控:缺水/欠压、相序、温度、真空度多级检测与联锁保护
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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
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
技术特色
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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
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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
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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
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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
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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
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微电子/半导体:SiO₂/Si₃N₄ 刻蚀、接触界面改性、图案化前处理
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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
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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
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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
相关文献
- Lufang Zhang, Haiyan Nan, Xiumei Zhang, Qifeng Liang, Aijun Du, Zhenhua Ni, Xiaofeng Gu, Kostya (Ken) Ostrikov and Shaoqing Xiao*, 2D atomic crystal molecular superlattices by soft plasma intercalation, Nature Communications 2020, 11, 5960.(影响因子16.6)(中科院分区一区)
- Qianqian Wu, Chenglin Wang, Li Li, Xinlei Zhang, Yanfeng Jiang, Zhengyang Cai, Liangliang Lin, Zhenhua Ni, Xiaofeng Gu, Kostya (Ken) Ostrikov, Haiyan Nan* and Shaoqing Xiao*, Fast and broadband MoS2 photodetectors by coupling WO3-x semi-metal nanoparticles underneath, Journal of Materials Science & Technology 2024, 193, 217-225.(影响因子10.9)(中科院分区一区)
- Yaochen Sheng, Lufang Zhang, Feng Li, Xinyu Chen, Zhijian Xie, Haiyan Nan, Zihan Xu, David Wei Zhang, Jianhao Chen, Yong Pu*, Shaoqing Xiao* and Wenzhong Bao*, A novel contact engineering method for transistors based on two-dimensional materials, Journal of Materials Science & Technology 2021, 69, 15-19. (影响因子10.9)(中科院分区一区)
- Shaoqing Xiao*, Shuyan Xu* and Kostya Ostrikov*, Low-temperature Plasma Processing for Si Photovoltaics, Materials Science & Engineering R-Reports 2014, 78, 1-29.(影响因子:31.0)(中科院分区一区)
- Yulu Liu, Haiyan Nan, Xing Wu, Wei Pan, Wenhui Wang, Jing Bai, Weiwei Zhao, Litao Sun, Xinran Wang and Zhenhua Ni*, Layer-by-layer thinning of MoS2 by plasma, ACS Nano 2013, 7, 4202-4209.(影响因子17.1)(中科院分区一区)

