(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211188157.2 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路2号 (72)发明人 赵明亮　张钰如　高飞　王友年　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 万慧华 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 119/06(2020.01) (54)发明名称 一种偏压感应耦合等离子体源优化方法、 系 统及电子设备 (57)摘要 本发明提供了一种偏压感应耦合等离子体 源优化方法、 系统及电子设备， 涉及偏压感应耦 合等离子体技术领域， 包括： 确定偏压感应耦合 等离子体源的电场和感应沉积功率密度， 进而 得 到体区流体参数和每个鞘层的鞘层参数； 确定并 将鞘层对体区的随机加热通量， 作为下一次迭代 时体区二维流体模型中体区电子能量方程的边 界条件， 确定偏压感应耦合等离子体源的电场， 直至体区流体参数和鞘层参数均收敛， 得到时空 变化电场； 进而确定离子蒙特卡洛碰撞模型， 得 到极板不同位置处的离子能量分布和离子角度 分布。 能够同时且快速地确定出偏 压感应耦合等 离子体源中的离子能量分布和离子角度分布， 进 而提高优化偏压感应耦合等离子体源放电特性 的效率。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 115470648 A 2022.12.13 CN 115470648 A 1.一种偏压感应耦合 等离子体源优化方法， 其特 征在于， 包括： 获取偏压感应耦合 等离子体源的参数； 所述 参数包括 放电气压、 功率和腔室尺寸； 根据所述 参数， 确定偏压感应耦合 等离子体源的电场和感应沉积功率密度； 根据所述感应沉积功率密度确定体区二维流体模型， 得到体区流体参数， 同时获取鞘 层边界处的等离子体密度和电子温度； 体区流体参数包括体区的电子密度、 离子密度、 电子 温度和双极静电场； 根据鞘层边界处 的等离子体密度和电子温度确定多个一维鞘层模型， 得到每个鞘层的 鞘层参数； 鞘层参数包括鞘层中的鞘层电子密度、 鞘层离子密度、 鞘层电势和鞘层电场； 所 述一维鞘层模型和偏压感应耦合 等离子体源中的鞘层一 一对应； 判断体区流体参数和鞘层参数 是否均收敛， 得到判断结果； 若所述判断结果为否， 则根据鞘层参数确定鞘层对体区的随机加热通量， 并将随机加 热通量作为下一次迭代时体区二 维流体模型中体区电子能量方程的边界条件返回步骤 “确 定偏压感应耦合 等离子体源的电场和感应沉积功率密度 ”； 若所述判断结果 为是， 则确定最后一次迭代时的鞘层电场为时空变化电场； 基于所述 时空变化鞘层电场确定离子蒙特卡洛碰撞模型， 得到极板不同位置处 的离子 能量分布和离 子角度分布。 2.根据权利要求1所述的一种偏压感应耦合等离子体源优化方法， 其特征在于， 在所述 基于所述时空变化鞘层电场确定离子蒙特卡洛碰撞模型， 得到 极板不同位置处的离子能量 分布和离 子角度分布之后， 还 包括： 根据极板不同位置处的离子能量分布和离子角度分布， 优化偏压感应耦合等离子体源 放电特性。 3.根据权利要求1所述的一种偏压感应耦合等离子体源优化方法， 其特征在于， 所述根 据所述参数， 确定偏压感应耦合 等离子体源的电场和感应沉积功率密度， 包括： 构建亥姆霍兹方程； 所述亥姆霍兹方程是令偏压感应耦合等离子体源中的电磁场和电 流满足谐波近似原则时， 基于所述 参数构建的； 求解所述亥姆霍兹方程， 得到偏压感应耦合 等离子体源的电场； 根据偏压感应耦合 等离子体源的电场， 确定感应沉积功率密度； 其中， 所述亥姆霍兹方程 为： 所述感应沉积功率密度为： 其中， 为梯度算子； E为感应电场， ε为介电常数， σ 为等离子体电导率， j为虚数单位； ω 为电源角频率； μ0为真空磁 导率； Jcoil为线圈电流密度， Pind为感应沉积功率密度； Re(.)为取 复数实部的操作； Jp为等离子体电流密度， E*为感应电场的复共 轭。 4.根据权利要求1所述的一种偏压感应耦合等离子体源优化方法， 其特征在于， 所述体 区二维流体模型包括体区离子连续性方程、 体区离子动量方程、 体区电子能量方程、 电子通 量迁移扩散方程、 电子密度方程和体区双极静电场方程； 所述电子密度方程是根据准中性 条件构建的； 体区双极静电场方程是根据体区的双极静电场中离子电流密度等于电子电流 密度的原则构建的；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115470648 A 2所述体区离 子连续性方程为： 其中， ni为离子的密度， 为梯度算子； Γi为离子通量， Si为离子源项， t为时间； 所述体区离 子动量方程 为： 其中， mi为离子质量， ui为离子定向速度， qi为离子的电荷， Es为静电场， kB为玻尔兹曼常 数， Ti为离子温度， Mi为离子碰撞项； 电子能量方程 为： 其中， ne为电子密度， Te为电子温度， Qe为电子能流通量， Senergy为电子的能量源项， Senergy＝‑eΓe·Es+Pind‑Ee， Ee为碰撞能量损失项， Pind为感应沉积功率密度； 电子通量迁移扩散方程 为： 其中， Γe为电子通 量； μe为电子的迁移率， De为电子的扩散系数； 电子密度方程； ene＝qini； 其中， ni为离子密度； e为单位电荷量； 体区双极静电场方程 为： 5.根据权利要求4所述的一种偏压感应耦合等离子体源优化方法， 其特征在于， 所述方 法还包括： 通过鞘层离 子连续性方程和鞘层离 子动量方程确定鞘层离 子密度； 通过玻尔兹曼关系确定鞘层电子密度； 通过泊松方程确定鞘层电势； 通过鞘层电场方程确定鞘层电场。 6.根据权利要求5所述的一种偏压感应耦合等离子体源优化方法， 其特征在于， 所述鞘 层离子连续性方程为： x为鞘层的空间坐标。 所述鞘层离 子动量方程 为： 所述玻尔兹曼关系： ne(x)为鞘层电子密度。 n0是鞘层计算区域 边缘处的电子密度， 是鞘层计算区域 边缘处的电势， 所述泊松方程 为： ε0为真空介电常数， 为鞘层中的电势。 所述鞘层电场方程 为： 其中， Esheath为鞘层电场。 7.根据权利要求5所述的一种偏压感应耦合等离子体源优化方法， 其特征在于， 离子能权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115470648 A 3