In this study, optical diagnosis of plasma was performed for nitrogen doping in graphene using a horizontal inductively coupled plasma (ICP) system. Graphene was prepared by mechanical exfoliation and the ICP system using nitrogen gas was ignited for plasma-induced and defect-suppressed nitrogen doping. In order to derive the optimum condition for the doping, plasma power, working pressure, and treatment time were changed. Optical emission spectroscopy (OES) was used as plasma diagnosis method. The Boltzmann plot method was adopted to estimate the electron excitation temperature using obtained OES spectra. Ar ion peaks were interpreted as a reference peak. As a result, the change in the concentration of nitrogen active species and electron excitation temperature depending on process parameters were confirmed. Doping characteristics of graphene were quantitatively evaluated by comparison of intensity ratio of graphite (G)-band to 2-D band, peak position, and shape of G-band in Raman profiles. X-ray photoelectron spectroscopy also revealed the nitrogen doping in graphene.
A real-time monitoring of an immersed antenna type inductively coupled plasma (ICP) was done with optical emission spectroscopy (OES) to check the reports that sputtered atom density is decreasing as the ICP power is increased. At 10 mTorr pressure of Ar, Mg was sputtered by a bipolar pulsed power supply into 2 MHz ICP which has an insulator covered 2.5 turn antenna. Emitted light was collected in two different positions: above the target and inside the ICP region. With 100 W of Mg sputtering power, the intensities of Mg I (285.06 nm), Mg II (279.48 nm), Ar I (420.1 nm) were increased constantly with ICP power from 100 W to 600 W. At 500 W, the intensity of $Mg^+$ exceeded that of Mg under PID controlled discharge voltage of 180 V. The ratio of Mg II/Mg I was increased from 0.45 to 2.71 approximately 6 times.
Cho, Guan-Sik;Wantae Lim;Inkyoo Baek;Seungryul Yoo;Park, Hojin;Lee, Jewon;Kuksan Cho;S. J. Pearton
한국재료학회:학술대회논문집
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한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
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pp.88-88
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2003
Optical Emission Spectroscopy(OES) is a very important technology for real-time monitoring of plasma in a reactor during dry etching process. OES technology is non-invasive to the plasma process. It can be used to collect information on excitation and recombination between electrons and ions in the plasma. It also helps easily diagnose plasma intensity and monitor end-point during plasma etch processing. We studied high density planar inductively coupled BCl$_3$ and BCl$_3$/Ar plasma with an OES as a function of processing pressure, RIE chuck power, ICP source power and gas composition. The scan range of wavelength used was from 400 nm to 1000 nm. It was found that OES peak Intensity was a strong function of ICP source power and processing pressure, while it was almost independent on RIE chuck power in BCl$_3$-based planar ICP processes. It was also worthwhile to note that increase of processing pressure reduced negatively self-induced dc bias. The case was reverse for RIE chuck power. ICP power and gas composition hardly had influence on do bias. We will report OES results of high density planar inductively coupled BCl$_3$ and BCl$_3$/Ar Plasma in detail in this presentation.
본 실험은 고밀도 플라즈마원인 inductively coupled plasma(ICP)를 이용하여 실리카 도파로의 코아를 형성하고자 하였다. $CF_4/CHF_3$유량비, bias power 및 source power 등의 변화에 따른 산화막의 식각 특성 즉 식각 속도, 식각 단면 및 식각된 표면의 거칠기 등의 변화를 검토하였다. 또한 single Langmuir probe 및 optical emission spectroscopy(OES)를 이용하여, 식각 변수에 따른 ICP의 플라즈마 특성을 관찰하였다. 이상의 결과를 토대로, $SiO_2-P_2O_5$로 구성된 실리카 도파로의 코아(core)층을 형성하였고, 이때 최적화된 식각 조건 에서 식각 속도는 380nm/min이고, 마스크 층으로 사용된 Al(Si 1%)와 산화막과의 식각 선 택비는 30:1이상이였다. 형성된 실리카 도파로를 scanning electron microscopy(SEM)으로 관찰한 결과, 코아층의 식각 단면이 수직하고 패턴 선폭의 손실이 거의 없음을 확인하였다.
Emission lines ratios were used for diagnostics of and excited level densities in low-temperature plasmas. In this work, an optical emission spectroscopy (OES) was used to determine the electron temperature and metastable level densities in low-pressure inductively coupled plasma. The emission spectroscopy method was based on a simple collisional-radiative model. The selected lines of the Ar(4p to 4s) were influenced by the radiation trapping at relatively high pressures where the plasma become optically thick. To quantify this effect, a pressure dependence factor ${\alpha}$(P) was derived by using corrections for the measured intensities. It was found that the lower metastable level densities were obtained when ${\alpha}$(P) increased with the increasing discharge pressure. The effect of non-Maxwellian electron energy distribution functions (EEDFs) on the metastables was also presented and discussed.
MgO thin films were reactively deposited using an internal inductively coupled plasma assisted sputtering method varying reactive gas ratio to get stoichiometric film composition, and bipolar dc substrate bias to suppress micro arcs. The minimum frequency required for arc suppression was about 10KHz depending on ICP power. Their crystallinity was analyzed using X-ray diffraction and surface morphology using AFM. The surface was very smooth with rms roughness less than 0.42nm. The preferred orientation of the films were changing from (200) to bulk-like characteristics as Ar: $O_2$ratio was controlled to 10 : 2. Optical emission spectroscopy revealed that there were two distinct discharge modes: a blue one and a green one, where enhanced emission from Ar and Mg were observed. This cannot simply be understood by metallic or oxide mode of reactive sputtering due to ICP coupled to magnetron discharge.
Alumina is one of the most important ceramic materials because of its useful physical and chemical properties. Recently, high-purity alumina has been used in various industrial fields. This leads to increasing demand for reliable elemental analysis of impurities in alumina samples. However, the chemical inertness of alumina makes the sample preparation for conventional elemental analysis a tremendously difficult task. Herein, we demonstrated the feasibility of laser ablation for effective sampling of alumina powder. Laser ablation performs sampling rapidly without any chemical reagents and also allows simultaneous optical emission spectroscopy and mass spectrometry analyses. For six alumina samples including certified reference materials and commercial products, laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) and laser-ablation inductively-coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) analyses were performed simultaneously based on a common laser ablation sampling. LIBS was found to be useful to quantify alkali and alkaline earth metals with limits-of-detection (LODs) around 1 ppm. LA-ICP-MS could quantify transition metals such as Ti, Cu, Zn, and Zr with LODs in the range from a few tens to hundreds ppb.
Four different Fluorine-based gases ($SF_6/,NF_3, PF_5,\; and \; BF_3$) were examined for high rate Inductively Coupled Plasma etching of Si. Etch rates up to ~8$\mu\textrm{m}$/min were achieved with pure $SF_6$ discharges at high source power (1500 W) and pressure (35 mTorr). A direct comparison of the four feedstock gases under the same plasma conditions showed the Si etch rate to increase in the order $BF_3$ < $NF_3$< $PF_5$ < $SF_6$. This is in good correlation with the average bond energies of the gases, except for $NF_3$, which is the least strongly bound. Optical emission spectroscopy showed that the ICP source efficiently dissociated $NF_3$, but the etched Si surface morphologies were significantly worse with this gas than with the other 3 gases.
Sulfide concentrations critically affect worker safety and the integrities of underground facilities, such as deep geological repositories for spent nuclear fuel. Sulfide is highly sensitive to oxygen, which can oxidize sulfide to sulfate. This can hinder precise measurement of the sulfide concentration. Hence, a literature review was conducted, which revealed that two methods are commonly used: the methylene blue and sulfide ion-selective electrode (ISE) methods. Inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES) was used for comparison with the two methods. The sulfide ISE method was found to be superior as it yielded results with a higher degree of accuracy and involved fewer procedures for quantification of the sulfide concentration in solution. ICP-OES results can be distorted significantly when sulfide is present in solution owing to the formation of H2S gas in the ICP-OES nebulizer. Therefore, the ICP-OES must be used with caution when quantifying underground water to prevent any distortion in the measured results. The results also suggest important measures to avoid problems when using ICP-OES for site selection. Furthermore, the sulfide ISE method is useful in determining sulfide concentrations in the field to predict the lifetime of disposal canisters of spent nuclear fuel in deep geological repositories and other industries.
We have developed a numerical model for a remote ICP(inductively coupled plasma) system in 2D and 3D with gas distribution configurations and confirmed it by plasma diagnostics. The ICP source has a Cu tube antenna wound along a quartz tube driven by a variable frequency rf power source($1.9{\sim}3.2$ MHz) for fast tuning without resort to motor driven variable capacitors. We investigated what conditions should be met to make the plasma remotely localized within the quartz tube region without charged particles' diffusing down to a substrate which is 300 mm below the source, using the numerical model. OES(optical emission spectroscopy), Langmuir probe measurements, and thermocouple measurement were used to verify it. To maintain ion current density at the substrate less than 0.1 $mA/cm^2$, two requirements were found to be necessary; higher gas pressure than 100 mTorr and smaller rf power than 1 kW for Ar.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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