等离子处理机工作原理

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zcnmsl zcnmsl 权限图标 0 2020-02-14 14:22:05.0

什么是等离子体 :

等离子体是物质的一种存在状态,通常物质以固态、液态、气态 3 种状态存在,但在一些特殊情况下可以以第四种状态存在,如太阳表面的物质和地球大气中电离层中的物质。这类物质所处的状态称为等离子体状态,又称物质的第四态。 在等离子体中存在下列物质;处于高速运动状态的电子;处于激发状态的中性原子、分子、原 子团(自由基);离子化的原子、分子;分子解离反应过程中生成的紫外线;未反应的分子、原子等,但物质在总体上仍保持电中性状态。

等离子体处理机的基本构造根据用途的不同,可选用多种构造的等离子处理机,并可通过选用不同种类的气体,调整装置的特征参数等方法使工艺流程实现最佳化。 但等离子体处理机的基本结构大致是相同的, 一般装置可由真空室、真空泵、高频电源、电 极、气体导入系统、工件传送系统和控制系统等部分组成。通常使用的真空泵是旋转油泵,高频电源通常用13.56 MHz的无线电波。

等离子处理机的运行过程如下:

(1 )被清洗的工件送入真空室并加以固定, 启动运行装置,开始排气,使真空室内的真空程度达到10Pa左右的标准真空度。一般排气时间大约需要2min。

(2 )向真空室引入等离子清洗用的气体,并使其压力保持在100Pa。 根据清洗材质的不同,可分别选用氧气、氢 气、氩气或氮气等气体。

(3 )在真空室内的电极与接地装置之间施加高频电压,使气体被击穿,并通过辉光放电而发 生离子化和产生等离子体。让在真空室产生的等离子体完全笼罩住被处理工件,开始清洗作业。一 般清洗处理持续几十秒到几分钟。

(4 )清洗完毕后切断高频电压,并将气体及气化的污垢排出,同时向真空室内鼓入空气,并使气压升至一个大气压。

等离子处理机理分析 :

在高频电场中处于低气压状态的氧气、氮 气、甲烷、水蒸汽等气体分子在辉光放电的情况下,可以分解出加速运动的原子和分子,这样产生的电子和解离成点有正、负电荷的原子和分子。 这样产生的电子在电场中加速时会获得高能量,并与周围的分子或原子发生碰撞,结果使分子和原子中又激发出电子,而本身又处于激发状态或离子状态。这时物质存在的状态即为等离子体状态。在高频电场中处于低气压状态的氧气、氮 气、甲烷、水蒸汽等气体分子在辉光放电的情况下,可以分解出加速运动的原子和分子,这样产生的电子和解离成点有正、负电荷的原子和分子。 这样产生的电子在电场中加速时会获得高能量,并与周围的分子或原子发生碰撞,结果使分子和原子中又激发出电子,而本身又处于激发状态或离子状态。这时物质存在的状态即为等离子体状态。

等离子与材料表面可产生的反应主要有两种,一种是靠自由基来做化学反应,另一种则是靠离子作物理反应,以下将作更详细的说明。

(1)化学反应(Chemical reaction) 在化学反应里长用的气体有氢气(H2)、氧气 (O 2 )、甲烷(C F 4 )等,这些气体在电浆内反应成高活性的自由基,其方程式为:

等离子处理机

这些自由基会进一步与材料表面作反应。 其反应机理主要是利用等离子体里的自由基来与材料表面做化学反应,在压力较高时,对自由基的产生较有利,所以若要以化学反应为主时,就必须控制在较高的压力下来进行此反应。

(2)物理反应(Physical reaction) 主要是利用等离子体里的离子作纯物理的撞 击,把材料表面的原子或附着在材料表面的原子打 掉,由于离子在压力较低时的平均自由基较轻长, 有得能量的累积,因而在物理撞击时,离子的能 量越高,越是有得作撞击,所以若要以物理反应 为主时,就必须控制在较低的压力下来进行反应, 这样清洗效果教好。

等离子处理技术是一新兴的领域,该领域结合等离子物理、等离子化学和气固相界面的化学反应,此为典型的高科技行业,需跨多种领域,包括化工、 材料和电机,因此将极具挑战性,也充满机会。 由于半导体和光电材料在未来的快速成长,此方面应用需求将越来越大。

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