上回我們介紹了等離子體發(fā)生器射頻電源。但射頻也并非萬能，在更嚴苛的半導(dǎo)體制程工藝中，就要請出比它還要高頻的——微波電源。

我們就從同頻同源的微波爐開始講起。為什么微波爐能加熱食物，但遇到金屬就炸，本質(zhì)上，都是微波在“搞事情”。

首先，微波是什么？

電磁波譜示意圖，素材來源：網(wǎng)絡(luò)

簡單說，微波是一種電磁波，波長比無線電短、比紅外線長，頻率通常在300 MHz 到300 GHz之間。家用的微波爐選了一個“公共頻道”——2.45 GHz，這個數(shù)字是國際電信聯(lián)盟專門劃分給工業(yè)、科學、醫(yī)療領(lǐng)域的免費頻段，既不會干擾通信，又能被水分子高效吸收。

微波爐怎么加熱食物？

食物中普遍含有水分子。水分子是“極性分子”——像一個小磁鐵，一頭帶正電，一頭帶負電。微波電場以每秒24.5億次的速度來回翻轉(zhuǎn)，水分子就跟著瘋狂旋轉(zhuǎn)、碰撞，摩擦生熱。沒錯，食物是被自己內(nèi)部的水“搓”熱的。所以微波爐熱飯快，但碗本身不燙（除非被食物傳熱）。

微波加熱的原理，素材來源：網(wǎng)絡(luò)

千萬不要放金屬碗！

你肯定聽說過“金屬不能進微波爐”。因為金屬無法吸收微波，會反射微波，導(dǎo)致微波在爐內(nèi)反復(fù)反射；金屬是導(dǎo)體，微波電場會使得金屬表面的電子高速振蕩，形成強大的電流，電荷堆積在尖端（如錫紙邊角），容易產(chǎn)生火花甚至電弧——其實就是等離子體。輕則燒焦內(nèi)壁，重則起火炸門。

兩顆挨著的葡萄，會“自燃”

有一個非常神奇的 "廚房作死實驗"：把兩顆挨在一起的葡萄放進微波爐，會炸出火花。（非常危險！千萬不要嘗試模仿！）

來源（PNAS雜志）：H.K. Khattak, P. Bianucci, A.D. Slepkov, Linking plasma formation in grapes to microwave resonances of aqueous dimers, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.

這是因為葡萄的尺寸（約1-2厘米）恰好是微波波長（約 12 厘米）的八分之一左右。兩顆緊挨的葡萄形成一個共振腔，把微波能量集中到它們之間的接觸點上，電場強度飆升到原來的幾十倍。這股超強電場會電離葡萄中天然存在的鈉離子和鉀離子，溫度飆升，擊穿空氣，迸出火花——同樣是等離子體在“搗鬼”！

你看，你家?guī)装賶K的微波爐，其實已經(jīng)掌握了產(chǎn)生等離子體的核心技術(shù)——只不過在廚房里，這是我們要拼命避免的事故。

半導(dǎo)體不用微波爐，用微波電源

微波爐和微波電源是同門師兄弟，但是，微波爐要的是“燒飯”，要避免等離子體產(chǎn)生；半導(dǎo)體要的是“造等離子體”，專門讓等離子體發(fā)生。

在廚房里，微波是散漫的、不受控的，能加熱就行。但在晶圓廠里，微波必須精準、穩(wěn)定、可調(diào)。所以，微波電源本質(zhì)上是一個高性能、可控的微波發(fā)生器，專門用來在真空腔室里激發(fā)等離子體。

微波電源比射頻電源強在哪？

還記得上回講的射頻電源嗎？頻率通常是13.56 MHz，能產(chǎn)生不錯的等離子體。但微波電源能造出更濃、更溫柔、更均勻的等離子體：

像高密度等離子體刻蝕、微波PECVD、遠程等離子體清洗這些“刁鉆”工藝，對等離子體的要求一個比一個苛刻——要么要密度高，要么要損傷低，要么要均勻性好。所以，就要用微波電源作為等離子體發(fā)生器。

微波電源的核心成果

1.金剛石MPCVD長晶設(shè)備

金剛石具備超寬禁帶和高導(dǎo)熱率，成為了下一代半導(dǎo)體明星材料。MPCVD（微波等離子體化學氣相沉積）是制備高品質(zhì)人造金剛石的核心裝備，它利用微波能量激發(fā)等離子體，在襯底表面沉積生長金剛石材料。

功能性金剛石材料用大功率MPCVD設(shè)備，圖片來源：季華實驗室

2.遠程等離子體源

遠程等離子體源是半導(dǎo)體薄膜沉積和清洗的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）、去膠機、原子層沉積（ALD）、等離子清洗機等。它采用2.45 GHz微波能量將輸入諧振腔的工藝氣體離化成等離子體狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)溫和清洗，不損傷器件。

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遠程等離子體源，圖片來源：季華實驗室

3.磁控管微波電源

Spark系列微波電源基于2.45 GHz工業(yè)標準頻段設(shè)計，功率覆蓋180W-15kW，輸出穩(wěn)定精準，采用模塊化架構(gòu)，適配主流晶圓制程。

微波電源設(shè)備，圖片來源：季華實驗室

來源：季華實驗室進校園

編輯：張柒柒

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