等离子清洗机的等离子体与材料表面如何相互作用？
文章导读：等离子清洗机在实际应用中往往会使用不同的工艺气体，所产生的等离子体会含有丰富多样的活性粒子和高能量粒子，这些离子体和固体材料表面的相互作用对等离子体本身或对固体材料都有重要的意义。
中等离子体中的粒子将能量传递给固体材料表面，同时给等离子体带来大量的杂质。对固体材料来说，由于这些高能粒子的轰击和传递的能量，使固体材料表面发生各种物理和化学反应，所以研究等离子体和固体材料表面的作用过程，对材料表面的改性、新材料和新工艺的探索都非常有帮助。
不同等离子体和各种固体材料表面的作用依赖于等离子体的物理参数、固体材料的种类、表面的结构和形态等因素，但等离子体和固体材料表面的作用仅发生在表层几到几十个纳米（1纳米=10Å）的深度，因而不会损伤基体的固有性能；而且可赋予材料表面新的实用性能，如抗静电性、亲水性、染色性（高分子材科）耐磨、耐腐蚀性（金属材料）； 清洗、刻蚀，去胶等（半导体材料）；吸光性。
等离子清洗机去除金属盖板有机物
不同等离子体和各种固体材料表面的作用依赖于等离子体的物理参数、固体材料的种类、表面的结构和形态等因素，但等离子体和固体材料表面的作用仅发生在表层几到几十个纳米（1纳米=10Å）的深度，因而不会损伤基体的固有性能；而且可赋予材料表面新的实用性能，如抗静电性、亲水性、染色性（高分子材科）耐磨、耐腐蚀性（金属材料）； 清洗、刻蚀，去胶等（半导体材料）；吸光性。
等离子清洗机去除金属盖板有机物
等离子体与固体材料表面相互作用基本过程
1 等离子体和固体表面作用的物理过程
1-1吸附（Adsorption）与解吸（Desorption）
吸附和解吸附对于等离子过程是非常重要的，在很多情况下，它们中的一个或者另一个往往是表面过程的决定因素。
吸附源于入射分子与表面间的吸引力。吸附分为两种：物理吸附是源于分子与表面的弱相互作用一一范德瓦尔斯力，物理吸附是放热的，物理吸附的分子与表面的结合能非常弱，吸附后它们可以迅速地从表面进行扩散；当吸附原子或分子与表面原子形成化学键以后，便构成了化学吸附，此过程为强放热过程。
在等离子体和固体材料表面接触的界面上，电子、离子、光子及中性粒子将能量传递给被吸附在固体材料表面的原子或分子，使这些原子或分子克服吸附力(范德瓦尔斯力或化学键力)而解吸离开固体表面,，因此有离子解吸、电子解吸、中性粒子解吸和光解吸，除外还有非等离子体的热解吸、声解吸(超声)。
1-2 溅射（Sputtering）
溅射的物理机理是动量的转移过程，当高能离子或中性粒子（能量大于几个电子伏特eV）和固体材料表面作用时，它们穿过固体材料表面和固体材料内部的晶格原子产生碰撞级联，把能量传递给固体材料中的原子或分子，使固体材料内的原子或分子获得高于结合能的动能，从固体材料表面溅射出来,，使杂质进人到等离子体中，溅射的产额与入射粒子种类、能量及靶材料种类有关。
如果入射粒子是离子，则一般来说溅射产额随离子能量增高而直线上升，后逐渐缓慢达到极大值.。有些溅射出来的粒子在等离子体中经过多次碰撞, 又返回到固体材料表面，导致进一步的溅射,称自溅射过程，这一过程中杂质具有更大的质量，其产额有时比原来的溅射更高。
1-3 注入（Implantation）
具有一定能量的离子或中性粒子，轰击固体材料表面，打入固体材料内部与固体材料内的原子或分子结合，引起固体结构的变化，增加材料表面的分子量，也可使晶格损伤,，造成缺陷或非晶化等，如利用等离子体使离子注入金属表面，提高材料的硬度、耐磨、耐腐蚀等性能.。离子注入的特点是注人能量和剂量可控, 以期取得表面改性的最佳效果。
1-4刻蚀（etching）
中等离子体中粒子与表面原子或分子结合，生成挥发性的产物，从表面挥发掉，引起等离子体在固体表面的刻蚀，这个过程可以具有化学选择性，即只从表面去除一种材料而不影响其他的材料；也可以是各项异性的，去除沟槽底部的材料而不影响侧壁上同样的材料。
1-5 复合
在三体碰撞中，正负带电粒子碰撞复合，第三体便是固体壁(或固体表面)，固体壁加速了复合过程。
1-6 激发和电离
等离子体和固体表面相互作用时同样存在激发和电离过程，尤其是在固体表面，被束缚在原子或分子的量子化的能级上的电子，受到光子或入射电子的轰击后。会发射光电子，发射出的光电子的内能随对应的能级不同而形成光电子谱。
2 等离子体和固体材料表面作用的化学过程
等离子体中的粒子将自身的能量传递给固体表面，诱发表面的原子或分子生成新的化学键，或者使原来的化学键断裂；典型的键能只有几个电子伏特（eV）。
1-1吸附（Adsorption）与解吸（Desorption）
吸附和解吸附对于等离子过程是非常重要的，在很多情况下，它们中的一个或者另一个往往是表面过程的决定因素。
吸附源于入射分子与表面间的吸引力。吸附分为两种：物理吸附是源于分子与表面的弱相互作用一一范德瓦尔斯力，物理吸附是放热的，物理吸附的分子与表面的结合能非常弱，吸附后它们可以迅速地从表面进行扩散；当吸附原子或分子与表面原子形成化学键以后，便构成了化学吸附，此过程为强放热过程。
在等离子体和固体材料表面接触的界面上，电子、离子、光子及中性粒子将能量传递给被吸附在固体材料表面的原子或分子，使这些原子或分子克服吸附力(范德瓦尔斯力或化学键力)而解吸离开固体表面,，因此有离子解吸、电子解吸、中性粒子解吸和光解吸，除外还有非等离子体的热解吸、声解吸(超声)。
1-2 溅射（Sputtering）
溅射的物理机理是动量的转移过程，当高能离子或中性粒子（能量大于几个电子伏特eV）和固体材料表面作用时，它们穿过固体材料表面和固体材料内部的晶格原子产生碰撞级联，把能量传递给固体材料中的原子或分子，使固体材料内的原子或分子获得高于结合能的动能，从固体材料表面溅射出来,，使杂质进人到等离子体中，溅射的产额与入射粒子种类、能量及靶材料种类有关。
如果入射粒子是离子，则一般来说溅射产额随离子能量增高而直线上升，后逐渐缓慢达到极大值.。有些溅射出来的粒子在等离子体中经过多次碰撞, 又返回到固体材料表面，导致进一步的溅射,称自溅射过程，这一过程中杂质具有更大的质量，其产额有时比原来的溅射更高。
1-3 注入（Implantation）
具有一定能量的离子或中性粒子，轰击固体材料表面，打入固体材料内部与固体材料内的原子或分子结合，引起固体结构的变化，增加材料表面的分子量，也可使晶格损伤,，造成缺陷或非晶化等，如利用等离子体使离子注入金属表面，提高材料的硬度、耐磨、耐腐蚀等性能.。离子注入的特点是注人能量和剂量可控, 以期取得表面改性的最佳效果。
1-4刻蚀（etching）
中等离子体中粒子与表面原子或分子结合，生成挥发性的产物，从表面挥发掉，引起等离子体在固体表面的刻蚀，这个过程可以具有化学选择性，即只从表面去除一种材料而不影响其他的材料；也可以是各项异性的，去除沟槽底部的材料而不影响侧壁上同样的材料。
1-5 复合
在三体碰撞中，正负带电粒子碰撞复合，第三体便是固体壁(或固体表面)，固体壁加速了复合过程。
1-6 激发和电离
等离子体和固体表面相互作用时同样存在激发和电离过程，尤其是在固体表面，被束缚在原子或分子的量子化的能级上的电子，受到光子或入射电子的轰击后。会发射光电子，发射出的光电子的内能随对应的能级不同而形成光电子谱。
2 等离子体和固体材料表面作用的化学过程
等离子体中的粒子将自身的能量传递给固体表面，诱发表面的原子或分子生成新的化学键，或者使原来的化学键断裂；典型的键能只有几个电子伏特（eV）。
2-1 氧化
氧是强的氧化剂，当等离子体中有氧存在时，对固体表面发生氧化反应，生成氧化物或过氧化物。
2-2 还原
氢原子具有高的反应能力，也是强的还原剂，不仅可以使材料表面层的氧化物还原，而且往往能渗透到材料深层，使较深层的氧化物还原，例加可以将金属氧化物中的金属还原出来。
2-3分解和裂解
在等离子清洗机中等离子体作用下，材料表面分子发生分解、大分子产生断裂、分子键断裂和分子量降低等等。
2-4聚合
当等离子体中引入单体时，可在材料表面产生聚合反应，这种反应可以是在等离子体条件下生成聚合物沉积在固体表面，也可以是等离子体诱发在固体表面产生自由基，然后与单体结合，结合方式有分子键发生交联、侧键上接枝、官能团转换或嵌断聚合等。
3 等离子体与气体分子相互作用过程
等离子清洗机中等离子体中含有大量的离子、电子，具有较高的活性，当气体分子处于其中时，容易激发气体分子反应, 产生新的物质，等离子体化学增强气相沉积就是这样一个过程（PECVD）。
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氧是强的氧化剂，当等离子体中有氧存在时，对固体表面发生氧化反应，生成氧化物或过氧化物。
2-2 还原
氢原子具有高的反应能力，也是强的还原剂，不仅可以使材料表面层的氧化物还原，而且往往能渗透到材料深层，使较深层的氧化物还原，例加可以将金属氧化物中的金属还原出来。
2-3分解和裂解
在等离子清洗机中等离子体作用下，材料表面分子发生分解、大分子产生断裂、分子键断裂和分子量降低等等。
2-4聚合
当等离子体中引入单体时，可在材料表面产生聚合反应，这种反应可以是在等离子体条件下生成聚合物沉积在固体表面，也可以是等离子体诱发在固体表面产生自由基，然后与单体结合，结合方式有分子键发生交联、侧键上接枝、官能团转换或嵌断聚合等。
3 等离子体与气体分子相互作用过程
等离子清洗机中等离子体中含有大量的离子、电子，具有较高的活性，当气体分子处于其中时，容易激发气体分子反应, 产生新的物质，等离子体化学增强气相沉积就是这样一个过程（PECVD）。
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