研究目的
提出并评估一种非侵入式光学等离子体监测方法，用于检测等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺中Al2O3纳米级水蒸气阻隔薄膜的参数变化与故障，以确保工艺质量并实现先进控制。
研究成果
OPMS技术通过实时检测等离子体点火变化和异常情况，有效监控PEALD工艺。该技术能根据脉冲参数区分正常与异常沉积周期，辅助故障检测并可能实现分类。未来工作应建立包含更多样化故障条件的统计模型以实现故障诊断。
研究不足
该研究仅限于Al2O3沉积，可能无法推广至其他材料。OPMS无法像光学发射光谱(OES)那样识别特定化学物质。需要进行更多不同诱导故障的实验以实现全面的故障分类与诊断。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用基于光电倍增管的光学等离子体监测系统（OPMS），对PEALD过程中的等离子体发射进行高速监测。该方法包括实时数据采集和脉冲参数分析，以检测异常情况。
2：样品选择与数据来源：
在低射频频率PEALD反应器中，使用三甲基铝（TMA）和氧气在透明柔性基底上沉积Al2O3薄膜。进行了两次不同配方的实验（实验1和实验2），以比较正常和异常沉积条件。
3：实验设备与材料清单：
设备包括PEALD反应器、带光电倍增管的OPMS、准直透镜、光纤电缆、高速模数转换器和数据分析软件。材料包括TMA、氧气和柔性基底。
4：实验步骤与操作流程：
实验1的沉积循环包括TMA进料、吹扫、O2进料并点燃等离子体以及吹扫步骤，共75个循环。实验2采用修改后的配方，O2稳定时间缩短，共71个循环。使用OPMS实时监测等离子体发射，并分析上升时间、下降时间和标准差等脉冲参数。
5：数据分析方法：
数据以250 kHz采样率数字化，脉冲检测算法识别单个脉冲。计算上升时间、下降时间、脉冲持续时间、峰值、脉冲下面积和导通时间标准差等参数，以检测变化和故障。使用统计分析和可视化（如最小-最大图表）比较实验结果。
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photodetector
photomultiplier tube
Detects plasma emission with high speed and sensitivity for monitoring variations.
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analog-to-digital converter
Samples the output from the photomultiplier tube at high speed for digitization.
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fiber-optic cable
Transfers plasma glow discharge from the chamber to the optical sensor with minimal loss.
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collimating lens
Collimates the plasma emission for efficient transfer through the fiber-optic cable.
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PEALD reactor
low RF frequency
Used for depositing Al2O3 films via plasma-enhanced atomic layer deposition.
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