Effect of gas properties on the dynamics of the electrical slope asymmetry effect in capacitive plasmas: comparison of Ar, H2 and CF4.

ra forniscono un controllo efficiente dell'energia ionica (attraverso l'effetto di asimmetria elettrica) nei plasma capacitivi variando l'asimmetria di "ampiezza" della forma d'onda. In questo lavoro, l'effetto di un'asimmetria "inclinata" della forma d'onda viene studiato usando forme d'onda simili a denti di sega, attraverso le quali è possibile manipolare la dinamica della guaina. Si riscontra una dinamica di scarica notevolmente diversa per i gas Ar, H-2 e CF4, che è spiegata dai diversi meccanismi di riscaldamento degli elettroni dominanti e dalle sostanze chimiche del plasma. In confronto ad Argon troviamo che l'asimmetria elettrica può anche essere invertita usando un gas elettronegativo come CF4. Le misurazioni della spettroscopia di emissione ottica risolte in fase, sondando la distribuzione spazio-temporale del tasso di eccitazione mostrano un eccellente accordo con i risultati delle simulazioni particella-cellula, confermando l'alto grado di correlazione tra i tassi di eccitazione con i meccanismi di riscaldamento dominanti nei vari gas. È dimostrato che, a seconda del gas utilizzato, forme d'onda di tensione simili a denti di sega possono causare una forte asimmetria.

Tailored voltage excitation waveforms provide an efficient control of the ion energy (through the electrical asymmetry effect) in capacitive plasmas by varying the 'amplitude' asymmetry of the waveform. In this work, the effect of a 'slope' asymmetry of the waveform is investigated by using sawtooth-like waveforms, through which the sheath dynamic can be manipulated. A remarkably different discharge dynamic is found for Ar, H-2, and CF4 gases, which is explained by the different dominant electron heating mechanisms and plasma chemistries. In comparison to Argon we find that the electrical asymmetry can even be reversed by using an electronegative gas such as CF4. Phase resolved optical emission spectroscopy measurements, probing the spatiotemporal distribution of the excitation rate show excellent agreement with the results of particle-in-cell simulations, confirming the high degree of correlation between the excitation rates with the dominant heating mechanisms in the various gases. It is shown that, depending on the gas used, sawtooth-like voltage waveforms may cause a strong asymmetry.