低溫等離子體在材料制備、亞微米量級器件，微電子、光電子器件工藝以及半導體工業(yè)中得到廣泛應用。在反應等離子體中，電子密度是反應等離子體的基本參量，原子的激發(fā)、等離子體中物質(zhì)種類的產(chǎn)生速率都與電子密度有關(guān)，同時刻蝕速率、沉積速率也都與電子密度緊密聯(lián)系，對電子密度的診斷是了解和控制反應等離子體的一個關(guān)鍵。人們采用了多種測量方法如朗謬爾靜電探針法、激光光致分離技術(shù)、湯姆遜散射法以及微波共振探針法等對等離子體的電子密度進行了較為精確的測量。目前，運用最為廣泛的是朗繆爾靜電探針，因為朗繆爾探針結(jié)構(gòu)簡單、使用便捷，而且具有良好的空間分辨率，但是傳統(tǒng)的探針普遍用于電正性等離子體電子密度的測量，在電負性等離子體以及沉積、刻蝕等離子體工藝應用中，探針的電阻特性會受到嚴重干擾，以至于增加了I-V特性曲線的分析難度，難以得到準確的電子密度測量，因而難以反應等離子體內(nèi)部的真實特性。為了能準確測量電負性等離子體中的電子密度，人們開發(fā)了基于網(wǎng)絡分析儀的微波共振探針技術(shù)。微波共振探針在測量等離子體電子密度過程中，所得數(shù)據(jù)的變化主要依賴于等離子體內(nèi)部參數(shù)的改變導致探針之間介質(zhì)介電常數(shù)的變化，其他因素幾乎不影響微波探針的診斷，因此微波共振探針的診斷方法在電負性等離子體的測量中能夠有效利用。

   1976 年，Stenzel首次提出微波共振探針，并以此測量低氣壓下等離子體電子密度; Piejak 在Stenzel 的基礎上改善了探針結(jié)構(gòu)，提高了信噪比，同時使用流體模型首次提出對探針進行鞘層修正，之后又運用發(fā)夾探針對射頻等離子體進行測量;F． A．Haas［9］考慮到鞘層影響對發(fā)夾探針的電子和離子鞘層影響進行了研究;S． K． Karkari［10］使用懸浮發(fā)夾共振探針直接測量雙頻容性等離子體的空間電子密度;鄒帥使用懸浮微波共振探針與雙探針測量相比較，證實了微波共振探針在電負性氣體中測量低電子密度的準確性和可實施性，并測量了氟基容性耦合等離子體的電子密度; 徐金洲和Brian LSands所在的研究小組分別對高氣壓等離子體密度的診斷做理論與實驗上系統(tǒng)的研究，并將Piejak提出的修正因子拓展到了鞘層半徑較大的情況;LjiLiang使用螺旋型微波共振探針解決了傳統(tǒng)探針無法測量高頻等離子體密度的問題。Braithwaite等通過調(diào)制等離子體功率源的相位參數(shù)及反射信號，在放電前端施加低頻偏壓進行調(diào)制等方法得到了更為準確的等離子密度。近年來，SF6、O2、Cl2等電負性氣體在多晶硅片的干法制絨中起著不可替代的作用，使得人們對電負性等離子體的測量愈發(fā)重視。多晶硅干法制絨是太陽能電池片制造的一種重要工藝，并且放電功率、反應氣壓以及源氣體流量比率都是表面形貌形成的重要參量。研究表明，電負性等離子體的電子密度、活性基團的比例、離子轟擊能量是多晶硅表面干法制絨的重要因素。等離子體中的電子輸運到鞘層邊界，在射頻場中獲取能量并反彈進入體等離子體后，與背景氣體分子發(fā)生振動與轉(zhuǎn)動激發(fā)、電離以及吸附分解等一系列碰撞反應，這些化學反應機制深刻的影響著等離子體中的電子密度，因此電子密度的測量有助于理解等離子體中電負性氣體發(fā)生化學反應。在本文中，利用微波共振探針技術(shù)對40．68 MHz 單頻激發(fā)的容性耦合等離子體的電子密度進行測量，通過改變放電等離子體外部參量，如放電功率、放電氣壓以及三種不同電負性氣體與背景氣體Ar 的不同流量比，詳細測量了這些外部參數(shù)對等離子體電子密度的影響。

    文章采用懸浮型微波共振探針技術(shù)對40． 68 MHz激發(fā)的單射頻容性耦合SF6、Cl2、O2 /Ar 電負性等離子體的電子密度進行了診斷測量。首先通過與朗繆爾探針測量結(jié)果進行比較，確定了微波共振探針對等離子體電子密度精確測量的適用范圍。并采用微波共振探針的測量方法系統(tǒng)研究了放電參量對摻入不同電負性氣體的容性耦合Ar 等離子體電子密度的影響。實驗結(jié)果表明，強電負性氣體如SF6、Cl2摻入到Ar 等離子體大幅度降低了等離子體的電子密度，而O2

的摻入對電子密度的影響遠小于強電負性氣體等離子體。射頻放電功率的增加直接導致了電子密度的上升;而放電氣壓的上升導致了于電子與粒子的兩次碰撞之間的能量增益下降，間接導致了電子密度的下降。