等離子清洗、等離子刻蝕與等離子表面改性技術(shù)

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-09-07

氣體放電產(chǎn)生的低溫等離子體中除了擁有大量的正負(fù)粒子之外，還有受激發(fā)的原子等高能粒子，這些高能粒子可以促使物質(zhì)發(fā)生變化，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，改變物質(zhì)屬性，廣泛應(yīng)用于材料處理、醫(yī)療衛(wèi)生、半導(dǎo)休工業(yè)等領(lǐng)域。隨著低溫等離子休的實(shí)用性逐漸被認(rèn)可，所運(yùn)用的領(lǐng)域變得愈加廣泛。

以下分別講述了等離子體在當(dāng)前工程應(yīng)用中的三大主流技術(shù)：等離子刻蝕技術(shù)、等離子清洗技術(shù)以及等離子表面改性技術(shù)。

等離子刻蝕技術(shù)

刻蝕技術(shù)即人為對(duì)物件外貌進(jìn)行特定圖案刻畫、覆蓋薄膜或區(qū)域性腐蝕的技術(shù)，常用于刻畫微型電子物件等工藝流程，具體有干法及濕法兩種刻蝕形式。濕法刻蝕是利用液體化學(xué)試劑進(jìn)行刻蝕，通過改變?cè)噭┓N類、溶度和溫度調(diào)節(jié)刻蝕效果。濕法刻蝕作為傳統(tǒng)刻蝕方法，雖成本低，但操作繁瑣、控制難度大；干法刻蝕即利用己制備好的等離子體去轟擊所需加工的材料表面，產(chǎn)生高活性的氣體進(jìn)行刻蝕。相比濕法刻蝕，干法刻蝕（等離子刻蝕）技術(shù)可控性高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化刻蝕，且無污染，從而廣泛應(yīng)用于刻蝕單晶硅等半導(dǎo)體材料。

其中，根據(jù)刻蝕原理的不同，等離子刻蝕又可以分為以下三種不同刻蝕方法：

物理性刻蝕又稱作濺射，是指利用氣體放電產(chǎn)生的等離子體中的離子去轟擊待刻蝕樣品，并使得樣品表面原子溢出。物理性刻蝕過程中，對(duì)任意的刻蝕物件均能夠?qū)崿F(xiàn)各向異性刻蝕，且成本低，但刻蝕厚度難以把控，如若離子自由行程過短，還易出現(xiàn)刻蝕物件再沉積的現(xiàn)象。

化學(xué)性刻蝕即為采用氣體放電產(chǎn)生的氣相原子（或分子）與待刻蝕物品進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成揮發(fā)物。相較物理性刻蝕，化學(xué)性刻蝕所需成本更高，各向同性，且刻蝕時(shí)間長(zhǎng)。

反應(yīng)離子刻蝕既利用了物理性刻蝕的離子轟擊，又利用了化學(xué)性刻蝕的化學(xué)反應(yīng)，是兩者的綜合，不僅選擇性高、各向異性好，且刻蝕速率快。

等離子清洗技術(shù)

等離子體中因存在大量的活性粒子（自由基、離子以及激發(fā)態(tài)原子），易與不同材料之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，常用于工業(yè)清洗物件。同上述刻蝕方法一樣，清洗技術(shù)也包含濕法和干法兩種，利用等離子體去清洗物件屬于后者。其中，工程應(yīng)用時(shí)等離子體清洗過程如下：首先通過射頻源激勵(lì)使氣體放電形成等離子態(tài)；隨后高能的帶電粒子團(tuán)開始接近清洗物件，與清洗物物件分子進(jìn)行反應(yīng)；最后分子形成氣相，逐漸脫離清洗物件，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果。相比傳統(tǒng)的濕法清洗技術(shù)，等離子體清洗技術(shù)清洗效果更好、易控、無毒，是一種綠色環(huán)保的清洗方法。

其中，等離子體清洗方式分類的主要依據(jù)有：反應(yīng)類型、放電氣體種類。按照反應(yīng)類型不同，其又可以區(qū)別為化學(xué)反應(yīng)清洗和物理反應(yīng)清洗兩種。同刻蝕原理類似，前者是靠帶電粒子團(tuán)中的高能粒子與被清洗物表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，后者是通過帶電粒子團(tuán)中的高能粒子去撞擊待清洗物表面。為實(shí)現(xiàn)最佳的清洗效果，工程應(yīng)用中，兩種清洗方式往往會(huì)被綜合利用。從放電所用的氣體種類上看，可分為惰性氣體和反應(yīng)性氣體兩種，前者產(chǎn)生的等離子體常用于物理反應(yīng)清洗，后者產(chǎn)生的等離子體常用于化學(xué)反應(yīng)清洗。

等離子表面改性

等離子體中的高能粒子除了刻蝕物件、潔洗物質(zhì)之外，還常用來改變聚合物、高分子材料等物質(zhì)表面化學(xué)性質(zhì)，改善材料性能。與傳統(tǒng)的物理、化學(xué)等方法改善材料表面性質(zhì)不同，等離子體表面改性不僅可以避免物理方法得到的材料性質(zhì)不穩(wěn)定，還可以避免化學(xué)方法的殘留雜質(zhì)，具有以下特征：處理過程溫度低，可防止損壞聚合物材料；根據(jù)處理材料特性的不同，可以采用不同放電氣體，可控性好，處理效率高；等離子體表面改性過程處理范圍可控在納米級(jí)，精準(zhǔn)度高，不會(huì)改變材料內(nèi)部的化學(xué)性質(zhì)，僅改變表面特性；無害于環(huán)境、無污染性、無化學(xué)試劑消耗；等離子體處理過程在密閉條件下進(jìn)行，安全指數(shù)高，可靠性高；處理過程簡(jiǎn)單，改性后的材料性質(zhì)穩(wěn)定。