真空等离子表面处理原理及其优势特点

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2023-03-13

等离子体是物质的第四种形态，当原子以某些形式（如加热、电击等）接收到一定的能量，其中电子获得能量被激发，甚至游离到原子之外成为自由电子，这种自由电子、离子以及原子混合的物质形态即为等离子态。因为有带电粒子的存在，此物质形态是导电的，但因为宏观来看，整个体系中正离子、负离子所携有的电荷数量相当，宏观上这种物质形态整体是处于电中性的，因此称为等离子体。

真空等离子表面处理技术因其等离子体密度、温度、能量易于控制而被广泛应用于工业领域。目前低温真空等离子表面处理在工业中的应用较为成熟，常用在半导体制造业、材料处理等领域。

真空等离子表面处理原理

真空等离子体是利用高频高压使电极周围的气体电离而产生的低温等离子体。其特点是射频放电需要在真空或亚真空条件下进行。典型的真空等离子表面处理设备等离子体主要由四个部分组成，包括：气体供给系统、真空系统、放电腔室和等离子体电源。将待处理物放置在放电环境放电腔室中，抽真空后低气压下产生等离子体。

真空等离子表面处理主要是利用氩气、氧气、氮气等非聚合性无机气体的等离子体，当它们作用于材料表面时，就会在材料表面产生物理或化学反应。参与反应的粒子很多，不仅有自由基、激发态的分子以及离子，可以生成新的官能团，也包括等离子体辐射紫外光的作用，促使某些反应的发生。

等离子体的能量可以通过光辐射、中性分子流和离子流作用于材料表面，这些能量的消散过程就是材料表面获得改性的过程。低温等离子体能发出可见光紫外光和红外光，其中紫外光不仅能被材料强烈吸收，并能使表面产生自由基所形成的活性位置就会继续和等离子体中的气体组分发生化学反应，引起一系列的表面改性。中性粒子通过自身的自由基离解能引起材料表面各种化学反应(脱氢、氧化、加成)。离子流与表面撞击引起表面刻蚀和加热，也会引起与中性流类似的反应。等离子体对高分子材料的作用过程，通常比较复杂，有可能是在表面引入了特定官能团，使得材料具有其它性能，或者生成了表面自由基或者形成了交联结构层，或者产生了表面刻蚀，让其它基团暴露，通常这些作用都不是单一的，而是以某种作用为主，多种作用共同存在。共同组成低温等离子体改性材料表面的原理。

真空等离子表面处理优势及缺点

常压等离子体在大气压条件放电，其维持电压很高，电场强度大，能量密度也非常高，活性粒子密度大。真空等离子体在一定的真空度下放电，气体密度小，活性粒子密度相对小，常压与真空等离子体对比如下表1-1。

真空等离子表面处理由于使用密闭腔体所以更容易控制等离子体气氛，可以得到较纯的等离子体（在一些半导体制程中，由于产品怕被氧化，所以为了避免氧气的存在只能使用真空等离子表面处理设备）。并且低压环境，因为压力低，等离子体可以扩散的距离较远，等离子体因碰撞所损失的能量也较小，因此真空等离子表面处理效果比常压等离子体要好；由于压力够低，sputter效应也有助于提高处理的一个速度，甚至可以去除无机污染物。气体作为等离子处理最常见的耗材，密闭的环境及所需气体用量少，所以真空等离子表面处理的气体使用量远远低于常压等离子表面处理的使用量，耗材的成本也相对较低。由于真空等离子表面处理没有方向性，所以对于材料的形状并没有多大限制，无论是沉孔盲孔还是3D都需要处理的都能处理到，这是常压等离子体无法比拟的优势。

本文由等离子表面处理设备厂家纳恩科技整理编辑！真空等离子表面处理技术的缺点是需要使用复杂而昂贵的真空系统，待处理材料的尺寸也受到真空室大小的制约。真空等离子表面处理适合实验室研究和非连续、大批量处理，而大气等离子体处理则适合工业化连续处理，处理速度快。