在等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 中，使用一系列频率，但它们主要分为两个区域。低频 (LF) 放电通常工作在 50-400 kHz 范围内，而高频 (HF) 放电几乎普遍使用行业标准的 13.56 MHz。在这两者之间做出选择是一种深思熟虑的工程决策，它从根本上改变了等离子体特性和所得薄膜的性质。
核心原则是一种权衡：低频提供高能离子轰击，非常适合调节薄膜应力和密度，而高频产生高密度等离子体，从而提高沉积速率并最大限度地减少衬底损伤。
频率在容性放电中的物理学原理
所施加电场的频率决定了等离子体中不同粒子——即重离子和轻电子——的响应能力。这种响应决定了反应器内的能量分布。
低频 (LF) 激发：约 50-400 kHz
在低频下，交变电场变化得足够慢，使得重离子和轻电子都能在每个周期内加速并穿过等离子体鞘层。
这导致了对衬底表面产生高能离子轰击。由于离子有时间被电场充分加速，它们以显著的动能撞击表面。
与 HF 系统相比，LF 激发通常需要更高的电压来维持等离子体。这是因为等离子体在每个周期内都会有效地熄灭和重新点燃，这种情况被称为“时变”等离子体。
高频 (HF) 激发：13.56 MHz
在标准的 13.56 MHz 高频下，电场振荡太快，重离子无法响应。它们在振荡电场中基本上是静止的，只响应平均（DC）电势。
只有轻质电子能够跟上快速的场变化。这导致了向电子的非常高效的功率传输，使它们振荡并通过碰撞产生更多的离子-电子对。
结果是更高的等离子体密度——有更多的活性物质可用于沉积——以及“时间无关”的放电。这使得能够在较低的工作电压下实现更高的沉积速率，从而降低损坏敏感衬底的风险。
理解权衡
选择频率不是要找到一个“最佳”选项，而是要平衡相互竞争的过程目标。该决定对薄膜性能、沉积速率和潜在的衬底损伤有直接影响。
离子能量与等离子体密度
这是核心的权衡。LF 功率是控制离子能量的主要控制杆。这对于需要致密薄膜或特定机械性能（如压应力）的应用至关重要。
HF 功率是控制等离子体密度的主要控制杆。这是提高反应性化学前体生成率的关键，这直接转化为更高的沉积速率。
双频系统的兴起
为了克服这种根本性的权衡，现代先进的 PECVD 系统通常采用双频方法。
它们结合了标准的 13.56 MHz (HF) 源来产生高密度等离子体，并向同一电极施加一个单独的 LF 源。这提供了独立控制：HF 功率决定沉积速率，而 LF 功率则单独调节离子轰击能量，以控制应力、硬度和密度等薄膜特性。
容性耦合的限制
尽管有效，容性耦合等离子体（无论是 LF 还是 HF）所能达到的等离子体密度存在上限。
对于需要极高沉积速率或独特薄膜特性的应用，会使用其他等离子体源，例如感应耦合等离子体 (ICP) 或电子回旋共振 (ECR)。这些方法可以产生的等离子体密度比容性技术高一个数量级。
根据您的目标做出正确的选择
您的工艺要求将决定您的 PECVD 应用的理想频率策略。
- 如果您的主要重点是高沉积速率和最小化衬底损伤： 标准高频 (13.56 MHz) 源是最有效和最常见的选择。
- 如果您的主要重点是控制薄膜应力或实现高密度： 需要低频源，但双频系统通过将等离子体生成与离子轰击分开，提供了卓越的控制。
- 如果您的主要重点是最大化电容系统所能提供的等离子体密度： 您必须超越电容耦合，并考虑替代的高密度源，如 ICP。
最终，了解频率的作用为您提供了一个强大的控制等离子体环境和精确工程化薄膜的控制杆。
摘要表：
| 频率类型 | 范围 | 主要特点 |
|---|---|---|
| 低频 (LF) | 50-400 kHz | 高能离子轰击，非常适合调节薄膜应力和密度 |
| 高频 (HF) | 13.56 MHz | 高等离子体密度，提高沉积速率，最大限度地减少衬底损伤 |
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