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微波ECR等離子體

微波ECR等離子體以直流放電等離子體和射頻放電等離子體為基礎而發展起來的，它是一種低氣壓、高密度等離子體源，在多方面擁有顯著優于直流放電等離子體和射頻放電等離子體的特性。

等離子體是一種導電流體。等離子體中存在著大量的帶電粒子，在外加電磁場時，帶電粒子的運動會受到電磁場的顯著影響。一般而言，微波等離子體的放電氣壓范圍在70~1300Pa之間。在不發生碰撞的情況下，電子所獲得的能量很少，不足以維持放電現象。微波ECR等離子體是在磁場作用下，放電氣體中受微波能量的影響而產生的少量初始電子，受洛倫茲力而發生運動，根據右手螺旋法則，電子繞逆時針方向做回旋運動，即在沿磁場方向作勻速直線運動的同時又環繞磁力線作勻速圓周運動，如圖1-1所示。當磁場強度為875Gauss時，電子的回旋頻率ωce與沿磁場傳播的微波頻率ω（2.45GHz）相匹配，電子就會發生共振能量吸收，成為高能電子。這些高能電子會與氣體分子發生非彈性碰撞，使之發生電離，進而產生分子離解、碰撞電離和粒子活化，實現微波等離子體放電，獲得高密度的低溫ECR等離子體。

圖 1-1 穩恒磁場中電子的回旋運動示意圖

微波ECR等離子體具如下優點：
（1）微波放電時無極放電。能獲得純凈的等離子體且密度更高，適用于高純度物質的處理和制備，且效率更高；
（2）微波ECR等離子體中存在大量長壽命的自由基，甚至在輝光下游區域也存在著數量相當的基態原子、電子激發態分子和振動激發態分子等化學活性物質。這顯然為很多反應提供了有利條件；
（3）利用微波電磁場的分布特點，可減少等離子體與放電腔壁的相互作用；
（4）能量轉換效率高達，95%以上的微波能量可以轉化為等離子體能量；
（5）在低氣壓下，可獲得高密度的等離子體；
（6）微波ECR等離子體的平均粒子能量較低，高能尾翼比麥克斯韋分布短。基片上的離子的等離子體浮置電位較射頻電容耦合等離子體低，而且可以實現等離子體的產生和離子能量的控制相對獨立。

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微波ECR等離子體

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