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半導体用語集

ラングミュアプローブ

英語表記：Langmmr probe

プラズマ中に直接電極などを挿入してプラズマから電流を抽出し、解析することによってプラズマの密度、電子温度、電子工ネルギー分布、プラズマ空間電位などのプラズマパラメータを測定する方法をプローブ計測法と呼ぶ。特に、1923年Langmuir (ラングミュア)の用いたシングルプローブ法 (単探針法)はプローブ法の原型であり発明者の名前からラングミュアプローブ法と呼ばれる。また、用いる電極の数により、複探針法(ダブルプローブ)、三探針法(トリプルプローブ法) など三種類のプローブがある。
プローブは通常小さな電極であるが、その形状として平板、円筒、球などを用いる。このプローブの先端のみを露出させて支柱は絶縁したものをプラズマ中に挿入し、適当な基準電極に対して、プローブに電圧を印加し、電圧を可変させながらそれに応じてプローブに流れる電流ー電圧特性をえる。この電流-電圧特性からプラズマ内の空間電位、浮動電位、電子密度、電子温度、イオン密度などを計測することができる。さらに、電子が等方的な速度分布をしている時、プローブ特性においてプローブ電圧に対する電子電流特性の二次徴分係数を求めることによって、電子工ネルギー分布関数がえられる(ドリュベスティン法)。この場合は、プローブ電圧に徴小振幅の交流電圧を重畳し、プローブの非線形性から生じる直流増加分を測定することによって、電子電流特性の二次徴分係数を直接求める。反応性プラズマにおいて堆積性のガスを用いる場合、プローブの汚染によって正しい特性がえられない。これを防ぐためにプローブを加熱することにより汚染物を蒸発させるクリーニング方法や、プロープを十分に負の電位にバイアスし、シースの電位によって加速されたイオンのスパッタによってプローブ表面の汚染を除去したりする方法が取られる。また、きわめて短い時間だけプローブをプラズマに挿入し、汚染物が付着する前に高速で計測してから、プローブをプラズマから取り出すような方法も行われている。この方法によって、プラズマ密度などを簡易に計測することが可能であるが、計測精度が低くファクタ2から～3程度の誤差を含む。

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