近日，我院孙景毓副教授、高飞教授和王友年教授与德国波鸿鲁尔大学Julian Schulze教授合作，在射频磁化容性耦合等离子体共振现象的研究上取得新进展，相关成果以题为“Enhancement of Harmonic Heating by Magnetized Plasma Series Resonance in Capacitive Radio Frequency Discharges”发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters），工作得到编辑高度评价。
随着半导体器件三维堆叠和异构集成技术的不断发展，对基于低温等离子体技术的刻蚀工艺提出更高要求。在芯片刻蚀过程中，往往面临着“高深宽比”的刻蚀孔道，要求较低的放电气压，以提高离子流的准直性。而低气压容性放电的等离子体密度通常较低，如何提高活性粒子密度，保证刻蚀产率成为一项重要课题，备受学界和工业界的关注。
该工作采用课题组自主开发的面向等离子体工艺腔室的多物理场仿真平台MAPS程序中的粒子模拟程序和等效回路模型，对磁化容性耦合等离子体的动理学行为进行了模拟。研究发现，通过施加与平行板电极呈一定偏角的匀强磁场，可以在等离子体内部引发电子的反对称运动，造成系统的非对称放电。非对称容性放电回路系统中的自激-串联共振与电子回旋运动耦合，形成新的混杂共振模式，即 “磁化串联共振”。该混杂共振频率存在高、低两个频率分支，通过外部施加低频分支的射频激励，能够在等离子体内部激发产生高频分支共振频率的电流振荡，从而显著增强谐波电子加热并大幅提高等离子体密度。
该共振效应对于低气压（～1 Pa）容性放电效率具有显著的增强作用，有利于维持低气压下的高密度等离子体，可为相关等离子体工艺腔室的设计和优化提供新思路。
在该工作中，孙景毓副教授为第一作者，高飞教授为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金重点项目（No. 11935005）和青年项目（No. 12205036）的资助。
论文链接：
Sun et al. Physical Review Letters, 133, 235302 (2024)
URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.235302
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.235302
