离子清洗机工作原理2010

等离子清洗机工作原理2010-3-12 9:26:37 来源：迈可诺技术有限公司1、何谓等离子清洗机

等离子清洗机采用气体作为清洗介质，有效地避免了因液体清洗介质对被清洗物带来的二次污染。等离子清洗机外接一台真空泵，工作时清洗腔中的等离子体轻柔冲刷被清洗物的表面，短时间的清洗就可以使有机污染物被彻底地清洗掉，同时污染物被真空泵抽走，其清洗程度达到分子级。等离子清洗器除了具有超清洗功能外，在特定条件下还可根据需要改变某些材料表面的性能，等离子体作用于材料表面，使表面分子的化学键发生重组，形成新的表面特性。对某些有特殊用途的材料，在超清洗过程中等离子清洗器的辉光放电不但加强了这些材料的粘附性、相容性和浸润性，并可消毒和杀菌。等离子清洗器广泛应用于光学、光电子学、电子学、材料科学、生命科学、高分子科学、生物医学、微观流体学等领域。

等离子清洗机的应用，起源于20世纪初，随着高科技产业的快速发展，其应用越来越广，目前已在众多高科技领域中，居于关键技术的地位，等离子清洗技术对产业经济和人类文明影响最大，首推电子资讯工业，尤其是半导体业与光电工业。

等离子清洗机已应用于各种电子元件的制造，可以确信，没有等离子清洗机及其清洗技术，就没有今日这么发达的电子、资讯和通讯产业。此外，等离子清洗机及其清洗技术也应用在光学工业、机械与航天工业、高分子工业、污染防治工业和量测工业上，而且是产品提升的关键技术，比如说光学元件的镀膜、延长模具或加工工具寿命的抗磨耗层，复合材料的中间层、织布或隐性镜片的表面处理、微感测器的制造，超微机械的加工技术、人工关节、骨骼或心脏瓣膜的抗摩耗层等皆需等离子技术的进步，才能开发完成。

等离子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，此为典型的高科技产业，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得快速成长，此方面应用需求将越来越大。

2 、等离子清洗机的技术原理

2.1 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、业态、气态3种状态存在，但在一些特殊的情况下可以以第四中状态存在，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，又称位物质的第四态。

等离子体中存在下列物质。处于高速运动状态的电子；处于激活状态的中性原子、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。

2.2 如何用人工方法制得等离子体

除了在自己已存在的等离子体以外，用人工方法在一定范围内也可以制得等离子体。最早是在1927年，当水银蒸气在高压电场中的放电时由科研人员发现等离子体。后面的发现是通过多种形式，如电弧放电、辉光放电、激光、火焰或者冲击波等，都可以使处于低气压状态的气体物质转变成等离子体状态。

如在高频电场中处于低气压状态的氧气、氮气、甲烷、水蒸气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。在一般资料中常可以见到用下述反应式表述的等离子体形成过程。

如氧气等离子体形成过程即可用下列6个反应式来表示：

第一个反应式表示氧气分子在得到外界能量后变成氧气阳离子，并放出自由电子过程，第二个反应式表示氧气分子在得到外界能量后分解形成两个氧原子自由基的过程。第三个反应式表示氧气分子在具有高能量的激发态自由电子作为下转变成激发态。第四第五反应式则

表示激发态的氧气分子进一步发生转变，在第四个反应式中，氧气饿饭脑子回到通常状态的同时发出光能(紫外线)。在第五个反应式中，激发态的氧气分子分解成两个氧原子自由基。第六个反应式表示氧气分子在激发态自由电子的作用下，分解成氧原子自由基和氧原子阳离子的过程，当这些反应连续不断发生，就形成氧气等离子体，其他气体的等离子体的形成过程也可用相似的反应式描述。当然实际反应要比这些反应式描述的更为复杂。

2.3 等离子体的种类

(1)低温和高温可分为高温等离子体和低温等离子体两类，在等离子体中，不同微粒的温度实际上是不同的，所具有的温度是与微粒的动能即运动速度质量有关，把等离子体中存在的离子的温度用Ti表示，电子的温度用Te表示，而原子、分子或原子团等中性粒子的温度用Tn表示，对于Te大大高于Ti和Tn的场合，即低压体气的场合，此时气体的压力只有几百个帕斯卡，当采用直流电压或高频电压做电场时，由于电子本身的质量很小，在电池中容易得到加快，从而可获得平均可达数电子伏特的高能量，对于电子，此能量的对应温度为几万度(K)，而弟子由于质量较大，很难被电场加速，因此温度仅几千度。由于气体粒子温度较低(具有低温特性)，因此把这种等离子体称为低温等离子体。当气体处于高压状态并从外界获得大量能量时，粒子之间的相互碰撞频率大大增加，各种微粒的温度基本相同，即Te基本与Ti及Tn相同，我们把这种条件下得到的等离子体称为高温等离子体，太阳就是自己界中的高温等离子体。由于高温等离子体对物体表面的作用过于强强烈，因此在实际应用中很少使用，目前投入使用的只有低温等离子体，因为在本文中将低温等离子体简称为等离子体，希望不会引起读者误解。

(2)活泼气体和不活泼气体等离子体，根据产生等离子体时应用的气体的化学性质不同，可分为不活泼气体等离子体和活泼气体等离子体两类，不活泼气体如氩气(Ar)、氮气(N2)、氟化氮(NF3)、四氟化碳(CF4)等，活泼气体如氧气(O2)、氢气(H2)等，不同类型的气体在清洗过程中的反应机理是不同的，活泼气体的等离子体具有更强的化学反应活性，这将在后面结合具体应用实例介绍。

2.4 等离子体与物体表面的作用

在等离子体中除了气体分子、离子和电子外，还存在受到能量激励状态的电中性的原子或原子团(又成自由基)，以及等离子体发射出的光线，其中波的长短、能量的高低在等离子体与物质表面相互作用时有着重要作用。

2.4.1 原子团等自由基与物体表面的反应

由于这些自由基呈电重型，存在寿命较长，而且在离子体中的数量多于离子，因此自由基在等离子体中发挥着重要作用，自由基的作用主要表现在化学反应过程中能量传递的"活化"作用，处于激发状态的自由基具有较高的能量，因此易于与物体表面分子结合时会形成新的自由基，新形成的自由基同样处于不稳定的高能量状态，很可能发生分解反应，在变成较小分子同时生成新的自由基，这种反应过程还可能继续进行下去，最后分解成水、二氧化碳之类的简单分子。在另一些情况下，自由基与物体表面分子结合的同时，会释放出大量的结合能，这种能量又成为引发新的表面反应推动力，从而引发物体表面上的物质发生化学反应而被去除。

2.4.2 电子与物体表面的作用

一方面电子对物体表面的撞击作用，可促使吸附在物体表面的气体分子发生分解和解吸，另一方面大量的电子撞击有利引起化学反应。由于电子质量极小，因此比离子的移动速度要快的多，当进行等离子体处理时，电子要比离子更早达到物体表面，并使表面带有负电荷，这有利于引发进一步反应。

2.4.3 离子与物体表面的作用

通常指的是带正电荷的阳离子的作用，阳离子有加速冲向带负电荷表面的倾向，此时使