等离子体活化亲水性键合

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：2025-01-18

等离子体活化是一种利用等离子体处理来改善材料表面亲水性的方法,它可以在基片表面上引入功能基团(如羟基),从而增加表面能和化学亲和力。在低压下,通过施加高频电压来激发反应气体(如氧气、氮气、氩气等)产生等离子体。随后,等离子体中的高能电子与反应气体分子发生非弹性碰撞,形成高活性的物质,如自由基、原子、分子和离子,高活性的物质与被处理的材料表面发生吸附、反应或刻蚀,从而清除表面污染物,去除弱边界层,改变表面形貌,并沉积功能化基团,因此等离子体活化也有清洗表面的功能。

等离子体活化只需要通入气体,无需使用其他化学试剂,并且工艺温度低,可以避免高温对材料造成损伤,通过调节气体种类、气体流量、功率和活化时间等参数可以灵活控制表面基团种类和激活效率。

等离子体活化亲水性键合原理

等离子体活化亲水性键合是通过等离子体轰击去除键合表面上的氧化膜和污染物,然后在连接原子的键合界面上形成悬挂键,通过键合界面相互接触进行悬挂键之间的原子级键合,可以实现不同材料之间的键合,如图1所示。

等离子活化亲水键合技术原理图

通常材料之间的键合是通过吸附在材料表面的水分子之间形成的氢键以及等离子体活化过程中产生的活性基团之间的范德华力实现的,其中发生的化学反应方程式为：
A-OH+A-OH→A-O-A+H2O
其中经过反应的氢键以及范德华力会逐渐转变为共价键,产生更大的结合能,从而提升了键合强度,最终完成不同材料之间的键合过程。

将等离子体活化后的基片进行亲水性键合。亲水性键合前,通过对样品的清洁、活化等工艺,使其表面具有高密度的羟基集团,然后将两个表面紧密贴合在一起,并施加压力,水分子在两个表面之间桥接形成氢键网络,亲水性键合可以实现较高强度的键合,也可以避免高温处理对材料造成损伤,同时,它也能够实现不同种类、不同晶相的材料之间的键合,例如硅、玻璃、金属等。在键合后,需要对键合片进行退火处理,通过排除键合界面残留的水分子或气体来增强键合强度。