This paper reviews the basis and the successes with the fluid modelling of capacitively coupled radio-frequency discharges, produced within a parallel-plate cylindrical setup at (single) 13.56–80 MHz frequencies, 6 × 10−2–6 Torr pressures and 50–1000 V rf-applied voltages, in SiH4-H2, H2 and N2. The two-dimensional, time-dependent model used in the simulations accounts for the production, transport and destruction of the charged particles (via the electron and ion continuity and momentum-transfer equations, and the electron mean energy transport equations), and of the excited species and/or radicals (via their rate balance equations, including very complete kinetic descriptions with several collisional–radiative production/destruction mechanisms, coupled to the two-term electron Boltzmann equation), accounting also for the self-consistent development of the rf field (via the solution to Poisson's equation). The charged particle transport equations are solved with and without corrective flux terms (due to inertia and friction effects), whose influence on results is discussed. In the case of silane–hydrogen mixtures, the model further includes a phenomenological description of the plasma–substrate interaction to calculate the deposition rate of a-Si : H thin films. In general, the model gives good predictions for the self-bias voltage, the coupled power and the intensities of radiative emission transitions (both average and spatially resolved), underestimating the electron density by a factor of 3–4.
本論文は、平行平板円筒形状のセットアップにおいて、(単一の)13.56〜80 MHzの周波数、6×10⁻²〜6 Torrの圧力、50〜1000 VのRF印加電圧条件下で、SiH₄-H₂およびH₂-N₂中に生成される容量結合型高周波放電の流体モデリングに関する基礎とその成果を概説するものである。シミュレーションで使用される2次元・時間依存モデルは、(電子およびイオンの連続方程式と運動量輸送方程式、ならびに電子平均エネルギー輸送方程式を介した)荷電粒子の生成、輸送、消滅、および(2項近似電子ボルツマン方程式に結合された、いくつかの衝突・放射生成・消滅機構を含む完全な速度方程式を介した)励起種および/またはラジカルの収支を考慮し、さらに(ポアソン方程式の解法を介した)RF電界の自己無撞着な発展も考慮している。荷電粒子の輸送方程式は、(結果に及ぼす影響が考察される)慣性および摩擦効果による補正項の有無にかかわらず解かれる。シラン-水素混合気体の場合、モデルはさらに、a-Si:H薄膜の堆積速度を計算するためのプラズマ-基板相互作用の現象論的記述を含む。一般に、このモデルは自己バイアス電圧、結合電力、および(平均および空間分解された)放射遷移強度について良好な予測を与えるが、電子密度は3〜4倍過小評価される。