射频感性耦合等离子体（Inductively Coupled Plasma,ICP）源具有放电气压低、等离子体密度高和装置结构简单等优点,已经成为了工业应用和实验研究中的热点。在ICP源的应用中,最具有挑战性的工作是在低气压下产生大面积均匀的高密度等离子体。本文利用Langmuir双探针结合发射光谱等诊断手段,详细研究了射频感性耦合Ar等离子体,并分析了其内在物理机制。第一章,首先简要介绍了ICP源常见的放电结构和基本物理机制;其次,详细介绍了优化ICP均匀性的常见手段,综述了双频ICP的研究进展和目前研究中存在的问题,最后给出了本文的研究目的和内容安排。第二章,详细描述了本文所使用的实验装置,着重介绍了在实验过程中所使用的诊断手段,如全悬浮Langmuir双探针、发射光谱、电流探头和示波器等,并介绍了本文所使用的整体模型。第三章,针对单频射频感性Ar放电,研究了驱动频率对等离子体密度和电子温度的影响。在不同气压下,通过比较高低频放电的等离子体密度,验证了射频感性放电的等离子体密度与放电参数的定标关系中驱动频率的效应。当气压较低时,驱动频率对等离子体密度和等离子体均匀性的影响较小。而随着气压升高,在高频放电中,等离子体密度较高,但等离子体均匀性较差。此外,在不同频率下,电子温度径向分布随气压的变化规律不同。随着气压升高,在低频放电中发现了电子温度径向分布由“凹形”分布向“凸形”分布的转化。而在高频放电中,电子温度始终呈“凹形”分布。这主要是由不同驱动频率和气压下的电子加热机制的差异所致。放电腔室是ICP源的核心部件。对于单频驱动的射频感性放电,在优化驱动频率的选取后,还应继续优化其腔室设计。第四章,使用实验诊断和整体模型相结合的方法研究了腔室高度对等离子体参数和等离子体均匀性的影响,尝试通过优化腔室设计改善ICP源的性能。一方面,腔室高度可以影响等离子体的功率沉积密度,进而影响等离子体参数。在小腔室中,等离子体的功率沉积密度较高,等离子体密度和电子温度较高。另一方面,腔室高度可以影响等离子体的轴向运动距离。对于高度较小的腔室,当气压较低时,等离子体容易沿轴向损失在腔室表面,削弱了腔室中心处的等离子体密度,等离子体密度分布较均匀。第三章和第四章的工作是优化双频驱动ICP源设计的基础。第五章,基于以上工作优化了双频驱动ICP源的腔室结构和放电参数,使用交叉型双线圈结构,研究了双频射频感性放电的功率耦合效应、等离子体参数以及等离子体均匀性。首先,基于射频感性放电的变压器模型,提出了一种适用于交叉型双线圈ICP源的电回路模型,并计算了等离子体吸收功率和功率耦合效率。发现使用双频驱动放电,射频功率将在两组线圈之间分配,导致线圈上的射频电流减小,可以有效提高放电的功率耦合效率。其次,在相同的输入功率下,对比了单频放电和双频放电的等离子体参数。发现可以通过小功率高频放电增强低频放电,有效提高等离子体密度。最后,通过固定低频功率改变高频功率,在双频放电中分析了高频功率对等离子体均匀性的影响。对于本章所使用的双频ICP源,高频功率主要沉积在腔室边缘处,而高频功率对等离子体均匀性的改善效果取决于气压和腔室高度的选取。第六章,对本论文进行了总结,并给出了论文的创新点以及工作展望。