پژوهش های نوین فیزیک

تاثیر زمان رشد ولتاژ اعمال شده بر دیوار و فشار پلاسما بر روی تحول زمانی یک پلاسمای گرم برخوردی در فرایند کاشت یون به روش فروبردن در پلاسما (PIII)

نویسندگان

منصور خرم 1
کیومرث یاسریان 2
نرگس شاهنده گرمی 2

1 گروه فیزیک، واحد بروجرد، دانشگاه آزاد اسلامی، بروجرد، ایران

2 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرج

https://doi.org/10.61882/jmrph.9.2.34
چکیده
تشکیل و تحول زمانی لایه مرزی پلاسما در فرایند کاشت یون به روش فرو بردن در پلاسما در حضور یک میدان مغنایسی ایستا مورد بررسی قرار می‌گیرد. اعمال یک پالس ولتاژ بالا با یک تابع زمانی رشد نمایی به یک هدف فرورفته در پلاسما، یک بار فضایی مثبت پیرامون آن ایجاد می‌کند که به صورت زمانی توسعه پیدا می‌کند. زمان رشد این تابع و فشار پلاسما، هر دو بر شکل‌گیری و گسترش لایه مرزی پلاسمای مجاور هدف تاثیر می‌گذارد. تغییرات زمانی چگالی جریان و انرژی جنبشی یون، زاویه فرود یون بر روی سطح هدف، همچنین تحول زمانی بار فضایی مثبت و ضخامت لایه مرزی پلاسما به عنوان توابعی از این دو پارامتر، در یک مدل سیالی و به صورت عددی مورد مطالعه واقع می‌گردند. یافته‌های این مطالعه نشان می‌دهند که وابستگی زمانی تمام متغییرهای لایه مرزی پلاسما بازای زمان رشد پالس ولتاژ طولانی‌تر، بیشتر حس می‌شود.

کلیدواژه‌ها

پلاسمای مغناطیده برخوردی
لایه مرزی پلاسما
کاشت یون
زمان رشد پالس

عنوان مقاله English

Effect of the rise time of the biasing voltage and neutral gas pressure on time evolution of the plasma boundary layer in plasma immersion ion implantation

نویسندگان English

Mansour Khoram 1
Kiomars Yasserian 2
Narges Shahandehgermi 2
1 Department of Physics, Bo. C., Islamic Azad University, Borujerd, Iran
2 Department of Physics, Ka. C., Islamic Azad University, Karaj, Iran
چکیده English

Formation and temporal evolution of the plasma boundary layer in plasma immersion ion implantation is investigated in the presence of a static magnetic field. Here the ions are not cold and their temperature has been taken into account. By using a negative high-voltage pulse with an exponential ramp function on a target immersed in plasma, a positive space charge is formed and expanded around it. Rise time of the ramp function and pressure of the plasma neutral gas influence the formation and expansion of the plasma boundary layer near the target. The time evolution of the ion current density, ion kinetic energy and ion incident angle as well as the time evolution of the positive space charge and the width of the boundary layer are studied as functions of the neutral gas pressure and the rise time of the exponential ramp function. Our findings show that the time dependency of the variables of the plasma boundary layer is more pronounced for a longer rise time.

کلیدواژه‌ها English

Magnetized collisional plasma
Plasma Boundary Layer
Ion implantation
Rise time
C. Bortolan, C. Paternoster, S. Turgeon, C. Paoletti, M. Cabibbo, N. Lecis, and D. Mantovani, Plasma-immersion ion implantation surface oxidation on a cobalt-chromium alloy for biomedical applications, Biointerphases. 15,041004 (2020).
https://doi.org/10.1116/6.0000278 [DOI:10.1116/6.0000278.] [PMID]
C. Bortolan, C. Paternoster, S. Turgeon, C. Paoletti, M. Cabibbo, N. Lecis, and D. Mantovani, Plasma-immersion ion implantation surface oxidation on a cobalt-chromium alloy for biomedical applications, Biointerphases. 15,041004 (2020).
https://doi.org/10.1116/6.0000278 [DOI:10.1116/6.0000278.] [PMID]
M. Risch, M. P. Bradley, Prospects for band gap engineering by plasma ion implantation, Phys. Status. Solidi. C. 6, S210-S213 (2009). [DOI:10.1002/pssc.200881279]
M. Risch, M. P. Bradley, Prospects for band gap engineering by plasma ion implantation, Phys. Status. Solidi. C. 6, S210-S213 (2009). [DOI:10.1002/pssc.200881279]
P. Chu, C. Chan, Applications of plasma immersion ion implantation in microelectronics-a brief review, Surf. Coat. Technol. 136, 151(2001). [DOI:10.1016/S0257-8972(00)01046-X]
P. Chu, C. Chan, Applications of plasma immersion ion implantation in microelectronics-a brief review, Surf. Coat. Technol. 136, 151(2001). [DOI:10.1016/S0257-8972(00)01046-X]
P. K. Chu, S. Qin, C. Chan, N. W. Cheung, L. A. Larson, Plasma immersion ion implantation-a fledgling technique for semiconductor processing, Mater. Sci. Eng. R. 17(6), 207 (1996). [DOI:10.1016/S0927-796X(96)00194-5]
P. K. Chu, S. Qin, C. Chan, N. W. Cheung, L. A. Larson, Plasma immersion ion implantation-a fledgling technique for semiconductor processing, Mater. Sci. Eng. R. 17(6), 207 (1996). [DOI:10.1016/S0927-796X(96)00194-5]
M. A. Lieberman, Model of plasma immersion ion implantation, J. Appl. Phys. 66, 2926-2929 (1989).
https://doi.org/10.1063/1.344172 [DOI:10.1063/1.344172.]
M. A. Lieberman, Model of plasma immersion ion implantation, J. Appl. Phys. 66, 2926-2929 (1989).
https://doi.org/10.1063/1.344172 [DOI:10.1063/1.344172.]
M. Lieberman, A. Lichtenberg, Principle of Plasma Discharges and Materials Processing, 2nd edn. (Wiley Interscience, 2005), pp. 176-178. [DOI:10.1002/0471724254]
M. Lieberman, A. Lichtenberg, Principle of Plasma Discharges and Materials Processing, 2nd edn. (Wiley Interscience, 2005), pp. 176-178. [DOI:10.1002/0471724254]
A. Fridman, Plasma chemistry, (Cambridge university press, 2008), p. 144. [DOI:10.1017/CBO9780511546075]
A. Fridman, Plasma chemistry, (Cambridge university press, 2008), p. 144. [DOI:10.1017/CBO9780511546075]
S. Kar, S. Mukherjee, Study of electron behavior in a pulsed ion sheath, Phys. Plasmas. 15, 063504 (2008)﮳ [DOI:10.1063/1.2934640]
S. Kar, S. Mukherjee, Study of electron behavior in a pulsed ion sheath, Phys. Plasmas. 15, 063504 (2008)﮳ [DOI:10.1063/1.2934640]
J. Moreno, A. Khodaee, D. Okerstrom, M. P. Bradley, L. Couedel, Time-resolved evolution of plasma parameters in a plasma immersion ion implantation source, Phys. Plasmas. 28, 123523 (2021). [DOI:10.1063/5.0063610]
J. Moreno, A. Khodaee, D. Okerstrom, M. P. Bradley, L. Couedel, Time-resolved evolution of plasma parameters in a plasma immersion ion implantation source, Phys. Plasmas. 28, 123523 (2021). [DOI:10.1063/5.0063610]
T. E. Sheridan, J. Goree, Collisional plasma sheath model, Phys. Fluid B. 3, 2796-2804 (1991). [DOI:10.1063/1.859987]
T. E. Sheridan, J. Goree, Collisional plasma sheath model, Phys. Fluid B. 3, 2796-2804 (1991). [DOI:10.1063/1.859987]
L. Minghao, Z. Yu, D. Wanyu, L. Jinyuan, W. Xiaogang, Effects of Ion Temperature on Collisionless and Collisional RF Sheath, Plasma Sci. Technol. 8, 544 (2006). [DOI:10.1088/1009-0630/8/5/10]
L. Minghao, Z. Yu, D. Wanyu, L. Jinyuan, W. Xiaogang, Effects of Ion Temperature on Collisionless and Collisional RF Sheath, Plasma Sci. Technol. 8, 544 (2006). [DOI:10.1088/1009-0630/8/5/10]
D. T. K. Kwok, Q. Y. Lu, L. H. Li, R. K. Y. Fu, P. K. Chu, Theoretical investigation of sheath expansion and implant fluence uniformity in enhanced glow discharge plasma immersion ion implantation, Appl. Phys. Lett. 93, 091501 (2008). [DOI:10.1063/1.2977962]
D. T. K. Kwok, Q. Y. Lu, L. H. Li, R. K. Y. Fu, P. K. Chu, Theoretical investigation of sheath expansion and implant fluence uniformity in enhanced glow discharge plasma immersion ion implantation, Appl. Phys. Lett. 93, 091501 (2008). [DOI:10.1063/1.2977962]
G. A. Emmett, M. A. Henry, Numerical simulation of plasma sheath expansion, with applications to plasma‐source ion implantation, J. Appl. Phys. 71, 113-117 (1992). [DOI:10.1063/1.350740]
G. A. Emmett, M. A. Henry, Numerical simulation of plasma sheath expansion, with applications to plasma‐source ion implantation, J. Appl. Phys. 71, 113-117 (1992). [DOI:10.1063/1.350740]
T. E. Sheridan, Transient sheath in a cylindrical bore for finite-rise-time voltage pulses, Surf. Coat. Tech. 85 (3), 204-208 (1996). [DOI:10.1016/0257-8972(96)02858-7]
T. E. Sheridan, Transient sheath in a cylindrical bore for finite-rise-time voltage pulses, Surf. Coat. Tech. 85 (3), 204-208 (1996). [DOI:10.1016/0257-8972(96)02858-7]
J. E. Allen, Comment on; Comment on; Magnetic field effects on gas discharge plasmas [Phys. Plasmas 14, 024701 (2007)], Phys. Plasmas. 14, 094703 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2772625 [DOI:10.1063/1.2772625.]
J. E. Allen, Comment on; Comment on; Magnetic field effects on gas discharge plasmas [Phys. Plasmas 14, 024701 (2007)], Phys. Plasmas. 14, 094703 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2772625 [DOI:10.1063/1.2772625.]
M. Khoram, F. Masoudi, Effect of constant collision mean free time on the boundary layer of the active collisional warm plasma, Sci. Rep. 11, 18359 (2021). [DOI:10.1038/s41598-021-97750-1] [PMID]
M. Khoram, F. Masoudi, Effect of constant collision mean free time on the boundary layer of the active collisional warm plasma, Sci. Rep. 11, 18359 (2021). [DOI:10.1038/s41598-021-97750-1] [PMID]
D. T. K. Kwok, M. M. M. Bilek, D. R. Mckenzie, P. K. Chu, The importance of bias pulse rise time for determining shallow implanted dose in plasma immersion ion implantation, Appl. Phys. Lett. 82, 1827 (2003). [DOI:10.1063/1.1563063]
D. T. K. Kwok, M. M. M. Bilek, D. R. Mckenzie, P. K. Chu, The importance of bias pulse rise time for determining shallow implanted dose in plasma immersion ion implantation, Appl. Phys. Lett. 82, 1827 (2003). [DOI:10.1063/1.1563063]
K. Yasserian, M. Aslaninejad, Parameter space region in the collisional magnetized electronegative plasma, Phys. Plasmas. 17, 023501 (2010). [DOI:10.1063/1.3310837]
K. Yasserian, M. Aslaninejad, Parameter space region in the collisional magnetized electronegative plasma, Phys. Plasmas. 17, 023501 (2010). [DOI:10.1063/1.3310837]
M. Khoramabadi, H. Ghomi, P. D. Shukla, Numerical investigation of the ion temperature effects on magnetized DC plasma sheath, J. Appl. Phys. 109, 073307 (2011). [DOI:10.1063/1.3569844]
M. Khoramabadi, H. Ghomi, P. D. Shukla, Numerical investigation of the ion temperature effects on magnetized DC plasma sheath, J. Appl. Phys. 109, 073307 (2011). [DOI:10.1063/1.3569844]
Elia Jüngling, Sebastian Wilczek, Thomas Mussenbrock, Marc Böke and Achim von Keudell, Plasma sheath tailoring by a magnetic field for three-dimensional plasma etching, Appl. Phys. Lett. 124, 074101 (2024). [DOI:10.1063/5.0187685]
Elia Jüngling, Sebastian Wilczek, Thomas Mussenbrock, Marc Böke and Achim von Keudell, Plasma sheath tailoring by a magnetic field for three-dimensional plasma etching, Appl. Phys. Lett. 124, 074101 (2024). [DOI:10.1063/5.0187685]
T. E. Sheridan, Pulsed sheath dynamics in a small cylindrical bore, Phys. Plasmas 1, 3485 (1994). [DOI:10.1063/1.870881]
T. E. Sheridan, Pulsed sheath dynamics in a small cylindrical bore, Phys. Plasmas 1, 3485 (1994). [DOI:10.1063/1.870881]
Kolter Bradshaw, Ammar Hakim and Bhuvana Srinivasan, Effects of oxidation and impurities in lithium surfaces on the emitting wall plasma sheath, Phys. Plasmas 32, 063506 (2025). [DOI:10.1063/5.0258265]
Kolter Bradshaw, Ammar Hakim and Bhuvana Srinivasan, Effects of oxidation and impurities in lithium surfaces on the emitting wall plasma sheath, Phys. Plasmas 32, 063506 (2025). [DOI:10.1063/5.0258265]

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما