Effect of RF bias power on discharge mode transition and its hysteresis in inductively coupled plasmas

磁滞 物理 等离子体 原子物理学 感应耦合等离子体 电离 温度电子 凝聚态物理 离子 核物理学 量子力学
作者
Aixian Zhang,Minseok Kim,Young-Hun Hong,Jun-Hyeon Moon,Kyung‐Hyun Kim,Chin‐Wook Chung
出处
期刊:Physics of Plasmas [American Institute of Physics]
卷期号:29 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1063/5.0064438
摘要

Hysteresis, one of the interesting characteristics of inductively coupled plasmas, takes place due to the nonlinearities of absorbed power or dissipated power [M. M. Turner et al., Plasma Sources Sci. Technol. 8, 313 (1999)]. In this work, the bias power effect on discharge mode transition and its hysteresis is investigated by measuring the antenna coil currents, time-average substrate voltages, electron densities, and electron energy probability functions (EEPFs). The behavior of hysteresis is comparatively analyzed by introducing a global model that considers the evolution of EEPFs and excitation state species (multi-step ionization). In the absence of bias power, a typical hysteresis appears at a gas pressure of 300 mTorr. The measured EEPF evolves from a Druyvesteyn distribution in the E mode to a Maxwellian distribution in the H mode with growing the antenna power from 25 W to 60 W. Interestingly, when a bias power of 30 W is applied to the substrate, the hysteresis vanishes, and the shape of the EEPF is maintained in each mode. The possible factors are considered the diminished changes in total energy loss (reduced nonlinearity of dissipated power) and in power transfer efficiency between E mode and H mode during the mode transition.
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