【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及射频等离子体实验诊断，特别涉及一种基于光频域反射的等离子气体温度测量装置及方法。
技术介绍
1、低气压射频感性耦合等离子体源由于其具有等离子体密度高、可以产生大面积均匀等离子体等一系列优点，已经被广泛应用于刻蚀、薄膜沉积、材料表面处理等领域。在等离子体主要由中性气体分子、电子、离子、活性基团构成，其中中性气体分子占比超过99％，其温度对于对等离子体中的各项参数具有重要影响，适当提升中性气体温度可以提高化学反应速率，但过高的中性气体温度或者过大的温度径向梯度则会对沉积和蚀刻的质量产生负面影响。并且中性气体温度的分布会严重影响等离子体密度和流量的分布，进而影响处理材料的均匀性。因此研究等离子体的中性气体温度，对于优化工艺过程是非常有意义的。
2、以往关于中性粒子温度的研究中，大多是通过光谱方法测量等离子体中某种粒子的平动温度或者转动温度。但是，研究表明上述光谱方法的测量精度很大程度上受限于光谱仪的分辨率，而且等离子体内粒子间未必能够达到热平衡状态使得某种粒子的温度很难代表中性气体温度。此外，光谱方法也很难对中性气体温度进行空间分辨测量。因此，在低气压射频感性耦合等离子体中，中性气体温度的测量一直是一个难题。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于光频域反射的等离子气体温度测量装置及方法。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种基于光频域反射的等离子气体温度测量装置，包括：真空腔室、光纤温度传感器
4、所述计算机用于控制所述ofdr系统向所述光纤温度传感器入射扫频激光，并采集和解调携带了传感信息的瑞利散射光数据，确定所述真空腔室中等离子体中性气体温度分布。
5、为实现上述目的，本专利技术还提供了如下方案：
6、一种基于光频域反射的等离子气体温度测量方法，包括：
7、计算机控制ofdr系统测量光纤温度传感器在无环境参量变化情况下的瑞利散射信号随距离的分布，得到光纤温度传感器的参考背向瑞利散射信号；
8、将所述参考背向瑞利散射信号进行fft变化，得到参考背向瑞利散射信号的距离域迹线；
9、计算机控制ofdr系统测量光纤温度传感器在外界环境参量变化情况下的瑞利散射信号随距离的分布，得到光纤温度传感器的传感背向瑞利散射信号；
10、将所述传感背向瑞利散射信号进行fft变换，得到传感背向瑞利散射信号的距离域迹线；
11、基于所述参考背向瑞利散射信号的距离域迹线和所述传感背向瑞利散射信号的距离域迹线，确定真空腔室中等离子体中性气体温度分布。
12、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
13、本专利技术提供的基于光频域反射的等离子气体温度测量中，ofdr系统发出频率线性调谐的连续激光入射到光纤温度传感器中，光纤温度传感器产生的瑞利散射光经过光环形器后反射回ofdr系统并被探测采集，并由上位计算机进行读取和解调。当真空腔室中等离子体中性气体温度上升或者下降时，会导致瑞利散射光的局部光谱发生偏移，因此通过对比环境变化前后沿光纤各部位的局部光谱偏移量，即对同一空间部位的局部光谱进行互相关计算(cc)，即可沿光纤完成对外界环境参量变化的定位和测量，可以得到等离子体的中性气体温度的变化。并且，本装置中的光纤温度传感器使用光信号为载体而不是电信号，这就使得其不受等离子气体电磁场的干扰，能够提高检测准确性。
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1.一种基于光频域反射的等离子气体温度测量装置，其特征在于，包括：真空腔室、光纤温度传感器、石英管、陶瓷板、OFDR系统和计算机；所述陶瓷板位于所述真空腔室的基片台上，所述光纤温度传感器位于所述陶瓷板上，且位于所述真空腔室的等离子体中，所述石英管的一端位于所述真空腔室中，所述光纤温度传感器穿过所述石英管与所述OFDR系统连接，所述OFDR系统还与所述计算机连接；
2.根据权利要求1所述的基于光频域反射的等离子气体温度测量装置，其特征在于，所述陶瓷板上设置有v型凹槽，所述光纤温度传感器位于所述v型凹槽中。
3.根据权利要求1所述的基于光频域反射的等离子气体温度测量装置，其特征在于，还包括：可移动Z轴，设置在所述真空腔室的底部，并与所述基片台固定，用于调节所述陶瓷板的竖直移动方向。
4.根据权利要求1所述的基于光频域反射的等离子气体温度测量装置，其特征在于，还包括：封装系统，所述封装系统用于将所述石英管的一端固定在所述真空腔室的侧壁的法兰上。
5.根据权利要求4所述的基于光频域反射的等离子气体温度测量装置，其特征在于，所述封装系统包括：
6.根据权利要求1所述的基于光频域反射的等离子气体温度测量装置，其特征在于，所述石英管的端口采用真空封泥进行密封。
7.一种基于光频域反射的等离子气体温度测量方法，所述等离子气体温度测量方法应用于权利要求1-6任一项所述的基于光频域反射的等离子气体温度测量装置，所述等离子气体温度测量方法包括：
8.根据权利要求7所述的基于光频域反射的等离子气体温度测量方法，其特征在于，基于所述参考背向瑞利散射信号的距离域迹线和所述传感背向瑞利散射信号的距离域迹线，确定真空腔室中等离子体中性气体温度分布，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于光频域反射的等离子气体温度测量装置，其特征在于，包括：真空腔室、光纤温度传感器、石英管、陶瓷板、ofdr系统和计算机；所述陶瓷板位于所述真空腔室的基片台上，所述光纤温度传感器位于所述陶瓷板上，且位于所述真空腔室的等离子体中，所述石英管的一端位于所述真空腔室中，所述光纤温度传感器穿过所述石英管与所述ofdr系统连接，所述ofdr系统还与所述计算机连接；
2.根据权利要求1所述的基于光频域反射的等离子气体温度测量装置，其特征在于，所述陶瓷板上设置有v型凹槽，所述光纤温度传感器位于所述v型凹槽中。
3.根据权利要求1所述的基于光频域反射的等离子气体温度测量装置，其特征在于，还包括：可移动z轴，设置在所述真空腔室的底部，并与所述基片台固定，用于调节所述陶瓷板的竖直移动方向。
4.根据权利要求1所述的基于光频域反射的等离子气体温度测量装置，其特征在于，还包...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕翔云，吕拓，周大鹏，高飞，王友年，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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