臺灣博碩士論文加值系統

本研究的目的是建立區域平均模式( global model )的電腦模擬程式，模擬以H2、Ar、NH3為工作氣體的螺旋型電感耦合式電漿源，幫助了解電漿中的物理現象與化學特性，以及電漿系統操作參數的變化對各電漿參數的影響。先作單一分子氣體H2的電漿模擬，以確立模擬程式的正確性; 再作Ar及NH3的電漿模擬，與實驗結果作比較，相互驗證。另外，H2及NH3的電漿模擬資料，也可以作為日後作H2/C2H2及NH3/C2H2混合氣體電漿模擬時的參考。
H2電漿的模擬程式分為二個部分，以探討H原子擴散效應的有無對電漿特性的影響; Ar及NH3的電漿模擬採用和實驗相同的系統操作參數(進氣流量、工作氣壓、以及輸入電漿的功率)，再將兩者的結果作比較。模擬將針對電漿系統內工作氣壓及電漿吸收功率的改變，對各粒子密度及電子溫度的變化情形進行分析及研究。
藉由模擬所得到的電漿特性資料，一來可以彌補實作實驗上的不足，再者可以作為進行實驗時，調整電漿系統操作等實驗製程參數的參考，進而加以改善。

目錄
摘要 --------------------------------------------------------------------------------- i
誌謝 -------------------------------------------------------------------------------- ii
目錄 ------------------------------------------------------------------------------- iii
圖表目錄 ------------------------------------------------------------------------- vi
第一章 簡介 --------------------------------------------------------------------- 1
第二章 相關文獻資料 --------------------------------------------------------- 5
2.1 奈米碳管簡介 ------------------------------------------------------------ 5
2.1.1 奈米碳管的發現 ---------------------------------------------------- 5
2.1.2 奈米碳管的構造 ---------------------------------------------------- 5
2.1.3 奈米碳管的成長方式 ---------------------------------------------- 6
2.1.4 奈米碳管的應用 ---------------------------------------------------- 7
2.2 電漿模擬文獻回顧 ------------------------------------------------------ 8
2.3 碳氫氣電漿模擬文獻回顧 ------------------------------------------- 14
2.3.1 H2電漿模擬的發展歷程 ------------------------------------------ 15
2.3.2 C2H2電漿模擬的發展歷程 --------------------------------------- 29
第三章 螺旋型電感耦合式電漿源系統簡介 ----------------------------- 35
3.1 電感耦合式電漿源 ---------------------------------------------------- 35
3.2 螺旋型電感耦合式電漿源 ------------------------------------------- 38
第四章 區域平均模式基本原理 -------------------------------------------- 41
4.1 區域平均模式的假設 ------------------------------------------------- 41
4.2 區域平均模式的原理 ------------------------------------------------- 42
4.2.1 H2電漿區域平均模式的原理 ------------------------------------ 45
4.2.2 Ar電漿區域平均模式的原理 ------------------------------------ 51
4.2.3 NH3電漿區域平均模式的原理 ---------------------------------- 52
第五章 區域平均模式模擬穩態螺旋型電感耦合式電漿源
的結果與討論 -------------------------------------------------------- 59
5.1 穩態區域平均模式模擬方法 ---------------------------------------- 59
5.1.1 H2電漿穩態global model ----------------------------------------- 59
5.1.2 Ar電漿穩態global model ----------------------------------------- 60
5.1.3 NH3電漿穩態global model --------------------------------------- 61
5.2 模擬之數值方法 ------------------------------------------------------- 64
5.2.1 數值分析之牛頓法 ------------------------------------------------ 64
5.2.2 globally convergent數值方法 ------------------------------------ 65
5.3 穩態區域平均模式模擬結果 ---------------------------------------- 67
5.3.1 H2電漿global model穩態分析結果 ----------------------------- 67
5.3.2 Ar電漿global model穩態分析結果及與實驗之比較 -------- 85
5.3.3 NH3電漿global model穩態分析結果及與實驗之比較 ----- 91
第六章 結論 -------------------------------------------------------------------- 97
附錄A ---------------------------------------------------------------------------- 99
參考文獻 ----------------------------------------------------------------------- 102

參考文獻
[ 1] C. Bower, W. Zhu, S. Jin, and O. Zhou, Appl. Phys. Lett., 77(6), 830 (2000).
[ 2] S. Iijima, Nature, 354, p.56 (1990).
[ 3] Mark J. Kushner, Solid State Technology, p.135 (1996).
[ 4] C. Lee, D. B. Graves, M. A. Liberman, and D. W. Hess, J. Electrochem. Soc., 141(6), 1546 (1994).
[ 5] C. Lee and M. A. Liberman, J. Vac. Sci. Technol. A, 13(2), 368 (1995).
[ 6] P. H. de Haan, G. C. A. M. Janssen, H. J. Hopman, and E. H. A. Granneman, Phys. Fluids, 25(4), 592 (1982).
[ 7] O. Fukumasa, R. Itatani and S. Saeki, J. Phys. D: Appl. Phys. 18, 2433 (1985).
[ 8] K. Hassouni, C. D. Scott, and S. Farhat, Handbook of Industrial Diamonds and Diamond Films, edited by M. A. Prelas, G. Popovici, and L. K. Bigelow, New York, Sec. 7.1. (1998).
[ 9] K. Hassouni, O. Leroy, S. Farhat, and A. Gicquel, Plasma Chem. and Plasma Process., 18(3) (1998).
[10] C. F. Cullis and N. H. Franklin, Proc. R. Soc. London, Ser. A 280, 139 (1964).
[11] K. C. Hou and R. C. Anderson, J. Phys. Chem. 67, 1579 (1963).
[12] H. Kobayashi, A. T. Bell, and M. Shen, Macromolecules 7,277 (1974).
[13] M. J. Vasile and G. Smolinsky, Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 24, 11 (1977).
[14] A. M. Smith, J. Agreiter, M. Hartle, C. Engel, and V. E. Bondybey, Chem. Phys. 189,315 (1994).
[15] T. Fujii, J. Appl. Phys. 82, 2056 (1997).
[16] T. Fujii, Phys. Rev. E, Vol.58, No.5, 6495 (1998).
[17] M. A. Lieberman and A. J. Lichtenberg, Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, John Wiley & Sons, New York (1994).
[18] 國科會產學合作計畫 ”場發射顯示器用奈米碳管與化學氣相沉積設備之發展研究計畫”, 九十年度第一、二季進度報告之投影片 (2001).
[19] 傅春霖, 電感式電漿源二維流體模式及區域平均模式電腦模擬之比較, 國立清華大學工程與系統科學系碩士論文, p.35 (2001).
[20] J. R. Doyle, J. Appl. Phys., 82(10), 4763 (1997).
[21] A. H. Laufer and A. M. Bass, J. Phys. Chem., 83(3) (1979)
[22] G. A. W. Derwish, A. Galli, A. Giardini-Guidoni, and G. G. Volpi, J. Am. Chem. Soc., 87(6) (1965).
[23] J. D. Faires and R. Burden, Numerical Methods 2nd ed., Brooks/Cole Publishing Company (1998).
[24] W. H. Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, and B. P. Flannery, Numerical Recipes in Fortran 2nd ed., Press Syndicate of the University of Cambridge (1992).
[25] R. K. Janev, W. D. Langer, K. Evans, Jr., D. E. Post, Jr., Elementary Processes in Hydrogen-Helium Plasmas, Springer-Verlag, 1987
[26] M. J. Kushner, J. Appl. Phys. 71(9), 1, 4173 (1992).
[27] 實驗數據由許弘儒同學提供.
[28] 光譜量測數據由沈國鈞學弟提供.