干货！固体材料等离子表面处理的4大化学反应类型
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固体材料的等离子表面处理包括物理反应和化学反应，绝大部分是属于非平衡式的气-固相反应，一般作用在材料表面，反应的厚度从几埃米到几十个纳米，甚至可以到微米级。我们可以利用等离子清洗机在通入不同的工艺气体时激发形成各种等离子体，这些富有能量的活性物质所能进行的化学反应多种多样。我们熟悉的等离子清洗、等离子活化、等离子刻蚀和等离子沉积（接枝、涂层）等功能，可以说是等离子体和固体材料反应的结果。为帮助大家全面了解等离子体与固体材料表面的化学反应过程，我们归纳总结了4种反应类型及应用，以供参考。 为了便于描述，我们会用化学反应方程式来表征等离子体与固体材料发生反应的过程，反应式中的英文字母具有不同的含义。大写字母A、B、C、D、M代表不同物质；小写字母s、g代表物质的形态，s是固体，g是气体。 1 第一类等离子表面处理的化学反应式和工艺应用 化学反应式：A（s） B（g）→C（g）。此类型的等离子体与固体材料的反应在工艺应用上比较成熟的有等离子体刻蚀（PE）、等离子体灰化（PA）和等离子体化学气相输运（PCVT）。 等离子体刻蚀：在半导体集成电路制程中，一般会选择腐蚀性气体例如四氟化碳与其他气体混合经过辉光放电后与固体材料A反应，使其表面全部或者一部分形成挥发性物质被去除。 等离子体灰化：在半导体干法工艺中去除光刻胶，利用氧气放电，让有机物中的碳氢成分变成二氧化碳和水等挥发掉。在分析化学领域，采用这个方法可对有机物样品进行“低温”灰化，以便对剩下的无机物成分进行所需分析。 等离子体化学气相输运：即反应中生成的气体物质C（g）在反应器的另一端发生逆向反应，让A（s）从新析出的过程。 2 第二类等离子表面处理的化学反应式和工艺应用 化学反应式：A（g） B（g）→C（s） D（g）。此类型的等离子体与固体材料的反应表示两种以上的气体在等离子体状态下相互反应，工艺应用包括等离子增强化学气相沉积（PECVD）、等离子溅射和等离子体聚合。 等离子增强化学气相沉积：两种以上的气体在等离子体状态下反应形成新的固体物质并以薄膜形式沉积在基板上，已被广泛应用于制备光学膜等领域。 等离子溅射：当两种以上的气体在等离子体状态下反应，其中一种反应物种是先借助荷能粒子从靶材上溅射下来，然后再经过反应生成薄膜，则属于溅射制膜。 等离子聚合：即反应物是有机单体发生的等离子体反应。 3 第三类等离子表面处理的化学反应式和工艺应用 化学反应式：A（s） B（g）→C（s）。此类型的反应是表示等离子体与固体材料表面的相互作用生成新的化合物，导致表面性质发生显著变化，称为等离子表面改性。当发生在金属表面时，就是金属的表面氧化或氮化；当发生高分子材料表面时，称之为材料表面处理。 4 第四类等离子表面处理的化学反应式和工艺应用 化学反应式：A（g） B（g） M（s）→AB（g） M（s）。此类型的反应是表示固体材料M的表面起催化作用，促进气体分子的离解和复合等。可以应用在特殊气体制备方面。 以上的化学分子式，呈现的是等离子体总反应的初始状态和结果，实际上作为反应物的气相物质首先是激发成气体等离子体，然后再进行反应。我们说到这里，是不是有点像回到学校念书的感觉，貌似抽象的反应式蕴藏着丰富的内涵。 亲，感谢您耐心的阅读！如果此文对您有所帮助，敬请点个赞或者关注一下；如果您有更好的建议或内容补充，欢迎在下方评论区留言与我们互动。本百家号的宗旨是专注等离子清洗机和低温等离子体的技术研讨，与您分享等离子表面处理工艺、原理及应用等相关知识。 |
